opengl学习笔记（二）

着色器

opengl是区别于过去的固定管线渲染，是可编程管线。那么我们需要自己去实现代码，告诉CPU和GPU如何渲染。也有一部分内容，我们没有写的时候，opengl也有保留默认的设置。

可编程管线流程：

顶点处理器：
每个顶点都需要经过一次，它从缓存区读出点的数据，进行矩阵变换位置,计算光照公式生成逐顶点颜⾊,⽣成/变换纹理坐标，同时将一些顶点的信息传递给下一个着色器。

几何处理器：
通过顶点着色器生成的点的位置之外，它也可以获取到点的属性之外的一些信息，点之间的相邻关系。于是，生成几何图元，例如三角形或者四边形。

裁剪：
变换到屏幕坐标系。

片段处理器：
每个裁剪后的点，在经历光栅化阶段的时候，通过片段处理器为图元中的每一个像素上色。

创建着色器：

创建着色器程序：

GLuint ShaderProgram = glCreateProgram();

我们还需要创建着色器对象，链接到着色器程序上。就是说着色器程序可以看成上面着色的流程。那么顶点处理器和几何处理器等等都是被包含在其中的步骤。

创建着色器对象：

GLuint ShaderObj = glCreateShader(ShaderType);

那么到底什么是着色器呢，着色器就是一段代码，传送到GPU中告诉它如何计算。所以着色器是一段代码，opengl中认为这段代码可以用字符串传入，并且好几段代码，也可以传入多个字符串，放在数组中。所以着色器的内容，要有一个字符串的数组，不是一个字符串。同时还需要每个字符串的长度的数组，显然，这两个数组是等长的。

const GLchar* p[1];//字符串数组，这里是一个，可以是多个

p[0] = pShaderText;//第一个字符串传入

GLint Lengths[1];//定义一个字符串长度的数组

Lengths[0]= strlen(pShaderText);//因为只有一个字符串，所以只记录了一个长度

glShaderSource(ShaderObj, 1, p, Lengths);//将着色器对象和代码链接起来

编译着色器对象

glCompileShader(ShaderObj);

检查链接状态

GLint success;

glGetShaderiv(ShaderObj, GL_COMPILE_STATUS, &success);

if (!success) {

    GLchar InfoLog[1024];

    glGetShaderInfoLog(ShaderObj, sizeof(InfoLog), NULL, InfoLog);

    fprintf(stderr, "Error compiling shader type %d: '%s'\n", ShaderType, InfoLog);
}

GL_COMPILE_STATUS，对应的是前面的glCompileShader。如果不成功，输出着色器对象，以及日志的一些信息。

接下来就是我们之前提过的，着色器程序要包含着色器对象，现在着色器对象创建好了，代码也填充好了，需要装入到程序当中了。

glAttachShader(ShaderProgram, ShaderObj);

当装入好了所有着色器对象就可以连接起来

glLinkProgram(ShaderProgram);

检查着色器程序的连接情况

glGetProgramiv(ShaderProgram, GL_LINK_STATUS, &Success);

if (Success == 0) {

    glGetProgramInfoLog(ShaderProgram, sizeof(ErrorLog), NULL, ErrorLog);

    fprintf(stderr, "Error linking shader program: '%s'\n", ErrorLog);
}

验证管线是否可以被执行

glValidateProgram(ShaderProgram);

我们定义好了管线，也就是着色器程序，我们还要声明，我们使用的就是这个程序。

glUseProgram(ShaderProgram);

当我们定义好了管线以后，还没有讲着色器shader传入的代码。

#version 330  //告诉编译器我们的目标GLSL编译器版本是3.3

layout (location = 0) in vec3 Position; // 绑定定点属性名和属性，方式二缓冲属性和shader属性对应映射

void main()
{
    gl_Position = vec4(0.5 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0); // 为glVertexAttributePointer提供返回值
}

如上，是定义的顶点着色器

layout (location = 0) in vec3 Position;

这个代码的意思是，我们之前定义缓冲区的时候，应该有这样的操作。

glVertexAttribPointer(0,3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);

我们顶点的属性，可能包含一些位置，纹理，和发现等。那么我们通过这个语句声明，我们每个顶点的属性索引，如例子是0，也就是说，我们定义了第一个索引位置，它的维度是3个，类型是gl_float等等。

当我们再使用layout，去找索引，并且类型要一至，三维，并定义一个形参，再main函数中使用。

每一个着色器阶段都只有一个main作为入口。

gl_position是一个内置变量，之后的裁剪空间会默认为gl_position就是在顶点处理阶段获得的位置。

除此之外，还有in类型以及out类型，定义什么是输入，什么是输出，在下一个阶段，会使用相同名称的变量。

找到一篇知乎上的Demo代码，一定要看懂：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <GL/glew.h>
#include <GL/freeglut.h>

#include "ogldev_util.h" //这里要添加作者的工具类用于读取文本文件
#include "ogldev_math_3d.h"

GLuint VBO;

// 定义要读取的顶点着色器脚本和片断着色器脚本的文件名，作为文件读取路径（这样的话shader.vs和shader.fs文件要放到工程的根目录下，保证下面定义的是这两个文件的文件路径）
const char* pVSFileName = "shader.vs";
const char* pFSFileName = "shader.fs";

static void RenderSceneCB()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    glEnableVertexAttribArray(0);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);

    // 依然还是绘制一个三角形
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

    glDisableVertexAttribArray(0);

    glutSwapBuffers();
}


static void InitializeGlutCallbacks()
{
    glutDisplayFunc(RenderSceneCB);
}

static void CreateVertexBuffer()
{
    Vector3f Vertices[3];
    Vertices[0] = Vector3f(-1.0f, -1.0f, 0.0f);
    Vertices[1] = Vector3f(1.0f, -1.0f, 0.0f);
    Vertices[2] = Vector3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);

    glGenBuffers(1, &VBO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(Vertices), Vertices, GL_STATIC_DRAW);
}

// 使用shader文本编译shader对象，并绑定shader都想到着色器程序中
static void AddShader(GLuint ShaderProgram, const char* pShaderText, GLenum ShaderType)
{
    // 根据shader类型参数定义两个shader对象
    GLuint ShaderObj = glCreateShader(ShaderType);
    // 检查是否定义成功
    if (ShaderObj == 0) {
        fprintf(stderr, "Error creating shader type %d\n", ShaderType);
        exit(0);
    }

    // 定义shader的代码源
    const GLchar* p[1];
    p[0] = pShaderText;
    GLint Lengths[1];
    Lengths[0]= strlen(pShaderText);
    glShaderSource(ShaderObj, 1, p, Lengths);
    glCompileShader(ShaderObj);// 编译shader对象

    // 检查和shader相关的错误
    GLint success;
    glGetShaderiv(ShaderObj, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success) {
        GLchar InfoLog[1024];
        glGetShaderInfoLog(ShaderObj, 1024, NULL, InfoLog);
        fprintf(stderr, "Error compiling shader type %d: '%s'\n", ShaderType, InfoLog);
        exit(1);
    }

    // 将编译好的shader对象绑定到program object程序对象上
    glAttachShader(ShaderProgram, ShaderObj);
}

// 编译着色器函数
static void CompileShaders()
{
    // 创建着色器程序
    GLuint ShaderProgram = glCreateProgram();
    // 检查是否创建成功
    if (ShaderProgram == 0) {
        fprintf(stderr, "Error creating shader program\n");
        exit(1);
    }
    
    // 存储着色器文本的字符串缓冲
    string vs, fs;
    // 分别读取着色器文件中的文本到字符串缓冲区
    if (!ReadFile(pVSFileName, vs)) {
        exit(1);
    };
    if (!ReadFile(pFSFileName, fs)) {
        exit(1);
    };

    // 添加顶点着色器和片段着色器
    AddShader(ShaderProgram, vs.c_str(), GL_VERTEX_SHADER);
    AddShader(ShaderProgram, fs.c_str(), GL_FRAGMENT_SHADER);

    // 链接shader着色器程序，并检查程序相关错误
    GLint Success = 0;
    GLchar ErrorLog[1024] = { 0 };
    glLinkProgram(ShaderProgram);
    glGetProgramiv(ShaderProgram, GL_LINK_STATUS, &Success);
    if (Success == 0) {
        glGetProgramInfoLog(ShaderProgram, sizeof(ErrorLog), NULL, ErrorLog);
        fprintf(stderr, "Error linking shader program: '%s'\n", ErrorLog);
        exit(1);
    }

    // 检查验证在当前的管线状态程序是否可以被执行
    glValidateProgram(ShaderProgram);
    glGetProgramiv(ShaderProgram, GL_VALIDATE_STATUS, &Success);
    if (!Success) {
        glGetProgramInfoLog(ShaderProgram, sizeof(ErrorLog), NULL, ErrorLog);
        fprintf(stderr, "Invalid shader program: '%s'\n", ErrorLog);
        exit(1);
    }

    // 设置到管线声明中来使用上面成功建立的shader程序
    glUseProgram(ShaderProgram);
}

// 主函数
int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB);
    glutInitWindowSize(1024, 768);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutCreateWindow("Tutorial 04");

    InitializeGlutCallbacks();

    // 必须在glut初始化后！
    GLenum res = glewInit();
    if (res != GLEW_OK) {
      fprintf(stderr, "Error: '%s'\n", glewGetErrorString(res));
      return 1;
    }
    
    printf("GL version: %s\n", glGetString(GL_VERSION));

    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

    CreateVertexBuffer();

    // 编译着色器
    CompileShaders();

    glutMainLoop();

    return 0;
}

shader的代码需要额外编写。