LearnOpenGL-入门-着色器

本人刚学OpenGL不久且自学，文中定有代码、术语等错误，欢迎指正

我写的项目地址：https://github.com/liujianjie/LearnOpenGLProject

LearnOpenGL中文官网：https://learnopengl-cn.github.io/

着色器

• 简介
  • 着色器(Shader)是运行在GPU上的小程序，分别对应渲染管理不同阶段。
  • 着色器是一种非常独立的程序，因为它们之间不能相互通信；它们之间唯一的沟通只有通过输入和输出。

GLSL

• 简介

  • 着色器是GLSL的类C语言写成的
  • 着色器的开头总是要声明版本，接着是输入和输出变量、uniform和main函数。每个着色器的入口点都是main函数。
  • main函数：在这个函数中我们处理所有的输入变量，并将结果输出到输出变量中

• 结构

  #version version_number
  in type in_variable_name;
  in type in_variable_name;out type out_variable_name;uniform type uniform_name;int main()
  {// 处理输入并进行一些图形操作...// 输出处理过的结果到输出变量out_variable_name = weird_stuff_we_processed;
  }
  

  说明：

  • 当我们特别谈论到顶点着色器的时候，每个输入变量也叫顶点属性。

  • 我们能声明的顶点属性是有上限的，它一般由硬件来决定。

  • OpenGL确保至少有16个包含4分量的顶点属性可用，但是有些硬件或许允许更多的顶点属性，你可以查询GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS来获取具体的上限

    xint nrAttributes;glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &nrAttributes);std::cout << "Maximum nr of vertex attributes supported: " << nrAttributes << std::endl;
    

数据类型

类型	含义
vecn	包含n个float分量的默认向量
bvecn	包含n个bool分量的向量
ivecn	包含n个int分量的向量
uvecn	包含n个unsigned int分量的向量
dvecn	包含n个double分量的向量

输入与输出

• 输入与输出

  in和out：类型和名称要对得上

• 特殊的顶点着色器阶段

  需要用layout (location = 0)指定输入变量，来源于顶点数据（疑问：这个顶点数据在cpu还是gpu，应该是GPU，因为用了glBufferData从CPU拷贝到GPU上了）

• 例子

  顶点着色器

  #version 330 core
  layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为0out vec4 vertexColor; // 为片段着色器指定一个颜色输出void main()
  {gl_Position = vec4(aPos, 1.0); // 注意我们如何把一个vec3作为vec4的构造器的参数vertexColor = vec4(0.5, 0.0, 0.0, 1.0); // 把输出变量设置为暗红色
  }
  

  片段着色器

  #version 330 core
  out vec4 FragColor;in vec4 vertexColor; // 从顶点着色器传来的输入变量（名称相同、类型相同）void main()
  {FragColor = vertexColor;
  }
  

Uniform

• 简介

  是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式

• 与顶点属性不同

  • uniform是全局的(Global)，可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问
  • 无论你把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新

• 使用例子

  #version 330 core
  out vec4 FragColor;uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代码中设定这个变量void main()
  {FragColor = ourColor;
  }
  

  float timeValue = glfwGetTime();
  float greenValue = (sin(timeValue) / 2.0f) + 0.5f;
  int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
  glUseProgram(shaderProgram);
  // 发送数据
  glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);
  

  关键代码

  glGetUniformLocation(); 通过名称查询uniform ourColor的位置值

• 细节

  OpenGL在其核心是一个C库，所以无法重载，所以每个上传数据给Uniform的函数都不一样

  f	函数需要一个float作为它的值
  i	函数需要一个int作为它的值
  ui	函数需要一个unsigned int作为它的值
  3f	函数需要3个float作为它的值
  fv	函数需要一个float向量/数组作为它的值

  glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

  在vertexColorLocation位置上上传4个float

更多属性

• 顶点数据

  float vertices[] = {// 位置              // 颜色0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,   // 右下-0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,   // 左下0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f    // 顶部
  };
  

• glsl

  #version 330 core
  layout (location = 0) in vec3 aPos;   // 位置变量的属性位置值为 0 
  layout (location = 1) in vec3 aColor; // 颜色变量的属性位置值为 1out vec3 ourColor; // 向片段着色器输出一个颜色void main()
  {gl_Position = vec4(aPos, 1.0);ourColor = aColor; // 将ourColor设置为我们从顶点数据那里得到的输入颜色
  }
  

  #version 330 core
  out vec4 FragColor;  
  in vec3 ourColor;void main()
  {FragColor = vec4(ourColor, 1.0);
  }
  

• 告诉OpenGL如何解读顶点缓冲中的顶点数据

  // 位置属性
  glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
  glEnableVertexAttribArray(0);
  // 颜色属性
  glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3* sizeof(float)));
  glEnableVertexAttribArray(1);
  

• 图示

  

我们自己的着色器类

我只关心读取这段代码

Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath)
{// 1. 从文件路径中获取顶点/片段着色器std::string vertexCode;std::string fragmentCode;std::ifstream vShaderFile;std::ifstream fShaderFile;// 保证ifstream对象可以抛出异常：vShaderFile.exceptions (std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);fShaderFile.exceptions (std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);try {// 打开文件vShaderFile.open(vertexPath);fShaderFile.open(fragmentPath);std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;// 读取文件的缓冲内容到数据流中vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();       // 关闭文件处理器vShaderFile.close();fShaderFile.close();// 转换数据流到stringvertexCode   = vShaderStream.str();fragmentCode = fShaderStream.str();     }catch(std::ifstream::failure e){std::cout << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESFULLY_READ" << std::endl;}const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();[...]

• 代码流程
  • 用了文件输入流：ifstream
  • 打开文件读取数据vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
  • 保存在stringstream类型对象中
  • 然后再转为string，再转为字符数组