OpenGL学习笔记二（理解shader结构与参数）

shader基础结构

#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;
}

关键字与结构分析

1. in 输入shader的值，被layout (location = n)修饰，其作用是传值

glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);//必须和glVertexAttribPointer配合使用，参数对应glVertexAttribPointer的第一个参数

glVertexAttribPointer函数的前几个参数比较明了。这次我们配置属性位置值为1的顶点属性。颜色值有3个float那么大，我们不去标准化这些值。

由于我们现在有了两个顶点属性，我们不得不重新计算步长值。为获得数据队列中下一个属性值（比如位置向量的下个x分量）我们必须向右移动6个float，其中3个是位置值，另外3个是颜色值。这使我们的步长值为6乘以float的字节数（=24字节）。
同样，这次我们必须指定一个偏移量。对于每个顶点来说，位置顶点属性在前，所以它的偏移量是0。颜色属性紧随位置数据之后，所以偏移量就是3 * sizeof(float)，用字节来计算就是12字节。

2. out 输出shader的值，顶点着色器的out变量为片元着色器的in变量，同时名字必须一致。

3. uniform 类似于全局变量，是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式，可通过函数glGetUniformLocation为它传值

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

大多数时候我们使用vecn，因为float足够满足大多数要求了。

一个向量的分量可以通过vec.x这种方式获取，这里x是指这个向量的第一个分量。你可以分别使用.x、.y、.z和.w来获取它们的第1、2、3、4个分量。GLSL也允许你对颜色使用rgba，或是对纹理坐标使用stpq访问相同的分量。

变量赋值方式

vec2 someVec;
vec4 differentVec = someVec.xyxx;
vec3 anotherVec = differentVec.zyw;
vec4 otherVec = someVec.xxxx + anotherVec.yxzy;

vec2 vect = vec2(0.5, 0.7);
vec4 result = vec4(vect, 0.0, 0.0);
vec4 otherResult = vec4(result.xyz, 1.0);

main函数

不管是顶点着色器还是片元着色器都有一个main函数，也是计算的核心处理器

实战分析

为三角形三个顶点分别赋值红绿蓝三色

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
};

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 0 
layout (location = 1) in vec3 aColor; // 颜色变量的属性位置值为 1

out 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
}

片元着色器

#version 330 core
out vec4 FragColor;  
in vec3 ourColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(ourColor, 1.0);
}

传值函数

	// 赋值位置信息：location=0，3个float，步长为6 * sizeof(float)，偏移为0，对应数组的位置信息
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
	glEnableVertexAttribArray(0);
	// 赋值颜色信息，location=1，3个float，步长为6 * sizeof(float)，偏移为3个float，对应数组的颜色信息
	glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
	glEnableVertexAttribArray(1);

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

#include <iostream>

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);

// 设置窗口大小
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;

//顶点着色器
const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
"layout (location = 1) in vec3 aColor;\n"
"out vec3 ourColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"   gl_Position = vec4(aPos, 1.0);\n"
"   ourColor = aColor;\n"
"}\0";
//片元着色器
const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
"out vec4 FragColor;\n"
"in vec3 ourColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"   FragColor = vec4(ourColor, 1.0f);\n"
"}\n\0";

int main()
{
	// 初始化
	glfwInit();
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);



	//创建窗口
	// --------------------
	GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
	if (window == NULL)
	{
		std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
		glfwTerminate();
		return -1;
	}
	glfwMakeContextCurrent(window);
	glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);


	if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
	{
		std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
		return -1;
	}

	// 创建顶点和片元着色器
	// ------------------------------------
	// vertex shader
	int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
	glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
	glCompileShader(vertexShader);
	// 检查是否有错误
	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
	int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
	glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
	glCompileShader(fragmentShader);
	// 检查是否有错误
	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
	int shaderProgram = glCreateProgram();
	glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
	glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
	glLinkProgram(shaderProgram);
	// 检查是否有错误
	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);

	// 赋值
	// ------------------------------------------------------------------
	float vertices[] = {
		// positions         // colors
		 0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,  // bottom right
		-0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,  // bottom left
		 0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f,1.0f   // top 

	};

	unsigned int VBO, VAO;
	glGenVertexArrays(1, &VAO);
	glGenBuffers(1, &VBO);
	glBindVertexArray(VAO);

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

	// 赋值位置信息
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
	glEnableVertexAttribArray(0);
	// 赋值颜色信息
	glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
	glEnableVertexAttribArray(1);


	glUseProgram(shaderProgram);

	// 渲染
	// -----------
	while (!glfwWindowShouldClose(window))
	{
		// input
		// -----
		processInput(window);

		// render
		// ------
		glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

		// render the triangle
		glBindVertexArray(VAO);
		glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

		// 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);

	// glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFW resources.
	// ------------------------------------------------------------------
	glfwTerminate();
	return 0;
}

// process all input: query GLFW whether relevant keys are pressed/released this frame and react accordingly
// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
void processInput(GLFWwindow *window)
{
	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
		glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

// glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes
// ---------------------------------------------------------------------------------------------
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
	// make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and 
	// height will be significantly larger than specified on retina displays.
	glViewport(0, 0, width, height);
}