opengl的大致流程

头文件

opengl一般用到的头文件:

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#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
#include <string>

其中，glm 为转为opengl设计的矩阵运算库, glad 用于加载函数指针, GLFW 用于获得窗口。

头文件的引用的先后顺序是很讲究的，`glad` 必须 先于 `glfw` 导入！

工程上不使用 using namespace std; 命名空间，输出日志使用 std::cout

创建窗口

需要头文件 glfw3.h

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#include <GLFW/glfw3.h>

初始化 glfw

glfwInit()：初始化，返回0表示正常
创建窗口

glfwCreateWindow()：创建窗口，接收窗口的长和宽，返回指向窗口对象的指针。
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GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(1280, 720, "GED", nullptr, nullptr);
设置窗口位置

glfwSetWindowPos()：设置窗口出现在电脑屏幕的何处，视具体电脑而异。
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glfwSetWindowPos(window, 1000, 150)

这一步最重要的是获得窗口对象的指针。之后要设置和操作这个窗口，就要传入指针。

初始化OPENGL

OPENGL的驱动一般包含在各个显卡的驱动中，不用额外下载。~~除非你电脑刚买或者完全不联网不玩游戏~~

需要一个库来获得OPENGL的函数指针，常用glad。

包含头文件 glad.h

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#include <glad/glad.h>

确定opengl版本

这一步是对整个glfw操作，所以要在初始化glfw之后，~~创建window之前~~。

glfwWindowHint:多重载函数，接收不同的命令设置不同的参数。

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glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);  // opengl大版本
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);  // opengl小版本
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

与window关联

glfwMakeContextCurrent：将设置的OPENGL信息与window关联。
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glfwMakeContextCurrent(window);
使用glad加载函数指针

gladLoadGLLoader()：返回值应为0。
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gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)

颜色

OPENGL有四个颜色通道：

Red：红
Green：绿
Blue：蓝
Alpha：透明度

传值可以用RGB，取值范围： $[0,255]$ ；也可以是将其归一化后的浮点数，取整范围 $[0.0,1.0]$

旧版本一些函数不支持整数类型，因此必须使用归一化后的浮点数。可自定义归一化函数，方便传入RGB常规色值。

设置window背景颜色

glClearColor()：接收red、green、blue、alpha四个值。
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glClearColor(1.0f, 0.5f, 0.7f, 0.2f);
让设置生效

glClear()：从颜色缓存里加载。
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glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

上面的设置背景实际上不会生效，因为opengl使用双缓冲方案。

交换双缓冲

opengl使用双缓冲方案，在每生成下一帧时实际操作的是后缓冲区，要把后缓冲区交换成当前缓冲区。

交换缓冲的函数：

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glfwSwapBuffers(window);

顶点

把所有顶点的三维坐标放在一个数组里。

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float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
};

上面的每个顶点只包含了 xyz的值，实际上可以是 “空间坐标+纹理坐标”，“空间坐标加法线”等。

数组是一维的，每个坐标都在 $[-1.0, 1.0]$。

VBO & VAO

一个常见的说法来理解 VBO/VAO是：VBO是顶点数据的快递箱，负责打包数据，运送至显存；VAO则是附在上面的说明书，告诉显卡如何解包这些顶点。

VBO & VAO 都是opengl对象，它们构建了cpu与gpu沟通的桥梁。

申请 VBO 和 VAO ：

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

绑定 VAO

VAO 和 VBO 应当是捆绑在一起的。opengl是一个状态机，当我们执行某一条命令后，之后的操作默认与之绑定，直到解绑为止。

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glBindVertexArray(VAO);  //绑定开始

执行这条命令后，后面的操作与VAO绑定了，即便不是，也应当绑定。

把顶点数组复制到缓冲中

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

设置顶点属性指针

告诉 OpenGL 如何解析这些数据。参数：属性位置(0), 组成元素个数(3), 类型, 是否标准化, 步长, 偏移量

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glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,5 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

解绑 glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
glBindVertexArray(0); // 绑定结束

glBindVertexArray(0) 重新设置为0，这一轮的VAO绑定结束了。

顶点着色器

着色器语言GLSL:

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#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
}

创建着色器对象：

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unsigned int vertexShader;
vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

把源码字符串附加给着色器对象：

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glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
glCompileShader(vertexShader);

检测是否编译成功：

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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;
}

片段着色器

片段着色器决定了像素最终显示的颜色。

抗锯齿发生在这一阶段。

GLSL:

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#version 330 core
out vec4 FragColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);
} 

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unsigned int fragmentShader;
fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);

着色器程序

创建了上面两个着色器对象之后，还需要着色器程序对象组装多个着色器对象。

创建着色器程序对象：

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unsigned int shaderProgram;
shaderProgram = glCreateProgram();

将之前的着色器对象附加到程序对象，然后链接：

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glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);

检查：

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glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
if(!success) {
    glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
    ...
}

激活程序对象：

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glUseProgram(shaderProgram);

删除着色器对象：

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glDeleteShader(vertexShader);
glDeleteShader(fragmentShader);

帧循环

要在 while 循环里生成 每一帧 画面。基本步骤是：

接收键盘等输入，执行逻辑
清除颜色缓冲、深度缓冲
激活着色器程序
绑定对应VAO
确定 uniform 变量
绘制
交换缓冲区