OpenGL渲染管道，Shader简介，VAO&VBO&EBO

OpenGL渲染管线

(也就是)OpenGL渲染一帧图形的流程

• 以下列举 [渲染一个三角形的流程]，它包含OpenGL最基本最核心的渲染流程  你可以将它视为 [精简版OpenGL渲染管线]

• 而更复杂的流程也仅仅就是：在此基础上的各个流程中 添加额外的内容，而这些会在后续补充。

• • CPU将三角形的  [点坐标，及其索引信息]  传入GPU可访问的位置

• • CPU调用 gl函数 [挂载] shader

• • • shader是使用  类C语言： glsl 编写的可执行程序 

• • • GPU会  执行shader中的内容，并根据shader程序进行绘图。

• • • GPU会  汇总shader提供的数据&CPU提供的数据，并根据他们进行绘图。

• • CPU调用 gl函数激活GPU > 执行shader并绘制图

• • 以下是相关代码：

 // build and compile our shader program
 // ------------------------------------
    // vertex shader
    unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);
    // check for shader compile errors
    int success;
    char infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    // fragment shader
    unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);
    // check for shader compile errors
    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    // link shaders
    unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram);
    // check for linking errors
    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
    if (!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);
// -----------------------------以上：Shader编译，编译检查，链接，链接检查-----------------------------


// set up vertex data (and buffer(s)) and configure vertex attributes
// ------------------------------------------------------------------
   //三角形顶点，及其索引信息： 
　　float vertices[] = {
         0.5f,  0.5f, 0.0f,  // top right
         0.5f, -0.5f, 0.0f,  // bottom right
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,  // bottom left
        -0.5f,  0.5f, 0.0f   // top left 
    };
    unsigned int indices[] = {  // note that we start from 0!
        0, 1, 3,  // first Triangle
        1, 2, 3   // second Triangle
    };
    //向GPU传入相关数据
    unsigned int VBO, VAO, EBO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glGenBuffers(1, &EBO);

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

　　 glBindVertexArray(VAOID)
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);

    // note that this is allowed, the call to glVertexAttribPointer registered VBO as the vertex attribute's bound vertex buffer object so afterwards we can safely unbind
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); //解除当前VBO的Bind

    // remember: do NOT unbind the EBO while a VAO is active as the bound element buffer object IS stored in the VAO; keep the EBO bound.
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0); //解除当前EBO的Bind

    // You can unbind the VAO afterwards so other VAO calls won't accidentally modify this VAO, but this rarely happens. Modifying other
    // VAOs requires a call to glBindVertexArray anyways so we generally don't unbind VAOs (nor VBOs) when it's not directly necessary.
    glBindVertexArray(0); //解除当前VAO的Bind

　　 //绘制循环，每一循环绘制一帧
　　 while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
　　 // input 
　　 // ----- 
　　 　　processInput(window); 
　　 
　　 // render 
    // ------ 
　　 　　glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f); 
　　 　　glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); 
　　 
　　 // draw our first triangle 
　　 　　glUseProgram(shaderProgram); 
　　 　　glBindVertexArray(VAO); //将绘制当前Bind的VAO，VAO是什么具体详见下面内容

　　 // seeing as we only have a single VAO there's no need to bind it every time, but we'll do so to keep things a bit more organized 
　　 // glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6); 
　　 　　glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
　　　　 glBindVertexArray(0);  //解除当前VAO的Bind

　　 // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.) 
　　 // ------------------------------------------------------------------------------- 
　　 　　glfwSwapBuffers(window); 
　　 　　glfwPollEvents(); 
　　} 
// optional: de-allocate all resources once they've outlived their purpose: 
// ------------------------------------------------------------------------ 
　　glDeleteVertexArrays(1, &VAO); 
　　glDeleteBuffers(1, &VBO); 
　　glDeleteBuffers(1, &EBO); 
　　glDeleteProgram(shaderProgram);

 

 

 

VAO&VBO&EBO

抽象对象，OpenGL没有固定它们的实现，根据硬件厂商的硬件实现，软件实现也许会产生差异

 

　　  1. VBO：OpenGL用来管理  来自CPU数据的 一种工具，

• • 使用 glVertexAttribPointer() 可以序列化   [当前与Flag:GL_ARRAY_BUFFFER] 绑定的VBO  中的数据，并指向当前绑定的VAO。  

　　  2. VAO：OpenGL序列化数据的  一种工具。

• • 使用 glVertexAttribPointer() 后，可以向 [VAO的指定栏位] 发送一个 序列化后的数据包。

• • glVertexAttribPointer(
    • index                        >  此数据包使用的  VAO栏位
    • size                          >  每个分量的数据单位的个数 [如：若该栏位存放的分量是三维顶点，则他有三个数据单位]。
    • type                          >  数据单位的类型。
    • normalized               >  是否需要归一化这组数据。
    • stride                        >  每个分量之间的间隔，如果是0，则该栏位存放的数据  在VBO中紧密排列[连续线性]
    • pointer                      >  该组数据的起始位置
  • )　

　　  3. EBO：为顶点提供索引，这样面对重复数据时，可以使用索引来节省空间。

• • 函数glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6）
    • 会以绘制三角形 [GL_TRIANGLES] 的形式   按序绘制 [6个]  [VAO的0号栏位]  提供的顶点，当多个三角形有重复顶点时，你将不得不重复输入这些数据
    • glDrawArrays(
      • mode               >  primitive，也就是基元类型，OpenGL以图元的形式分组绘制 > VAO提供的顶点。
      • first                  >  绘制起始点，也就是要使用的VAO栏位
      • count               >  要绘制的 [分量数]
    • )
  • 函数glDrawElements()
    • 会以三角形的形式按序绘制顶点，但是绘制顶点的依据是顶点索引，OpenGL根据索引寻找顶点数据，这样保证数据无需重复输入。

 　　  4. 以下是  [CPU，GPU数据交互的]  部分代码的解析

 

//三角形顶点，及其索引信息： 
　　float vertices[] = {
         0.5f,  0.5f, 0.0f,  // top right
         0.5f, -0.5f, 0.0f,  // bottom right
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,  // bottom left
        -0.5f,  0.5f, 0.0f   // top left 
    };
    unsigned int indices[] = {  // note that we start from 0!
        0, 1, 3,  // first Triangle
        1, 2, 3   // second Triangle
    };
　　 unsigned int VBOID, VAOID, EBOID;
    //申请三个整形值，用以存放 申请的VBO,VAB,EBO的ID    
    
    glGenBuffers(1, &VBOID);
    glGenVertexArrays(1, &VAOID);
    glGenBuffers(1, &EBOID);
    //向OpenGL申请: 1*VBO, 1*VAO, 1*EBO  并将其ID传入各自的 地址
　  //[gl函数要求：此地址可以是连续数组空间的首地址，也可以是单一的一个数据]


    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBOID);
    //将VBOID指向的VBO 与flag:GL_ARRAY_BUFFER绑定，
　　 //函数glVertexAttribPointer，将会从绑定 [此flag] 的VBO中取值。
　　 glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
　　 //将数据装填到与flag:GL_ARRAY_BUFFER绑定的VBO中。

　　 glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBOID);
　　 //将EBOID指向的EBO 与flag:GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER绑定
　　 glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
　　 //将索引装填到与GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER绑定的EBO中。

    glBindVertexArray(VAOID);
    //在操作VAO之前，要绑定VAO拥有的VAOID
　　 glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0); 
　　 glEnableVertexAttribArray(0); 
　　 //装填数据，激活当前绑定的VAO的0号栏位。

　　 glBindVertexArray(0);
　　 //解除绑定，稍后可以绑定其他的VAO，并考虑使用相同VBO进行初始化。

 

　　   2. 以下是对绘制循环代码的部分解析:

　　 //绘制循环，每一循环绘制一帧
　　 while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
　　 // input 
　　 // ----- 
　　 　　processInput(window); 
　　　　 //读取输入
　　 
　　 // clear Frame 
    // ------ 
　　 　　glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f); 
　　 　　glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); 
　　 
　　 // draw our first triangle 
　　 　　glUseProgram(shaderProgram); //挂载GPU要使用的shader.
　　 　　glBindVertexArray(VAO); //绑定需要绘制的VAO

　　 // seeing as we only have a single VAO there's no need to bind it every time, but we'll do so to keep things a bit more organized 
　　 // glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6); 
　　 　　glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
　　　　 //CPU调用此函数激活GPU工作。
　　　　 //以上两个函数，只需存在一个即可
　　　　 glBindVertexArray(0);  //解除当前VAO的Bind，以便绘制其他VAO

　　 // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.) 
　　 // ------------------------------------------------------------------------------- 
　　 　　glfwSwapBuffers(window); 
　　　　 //额外多绘制一帧，可以解决因[两帧之间 绘制时间间隔过长]导致的 频闪问题。
　　 　　glfwPollEvents(); 
　　　　 //清除 此循环间发生的事件 到processInput。
　　}