openGL学习笔记（更新ing）

。九歌。

已于 2024-04-03 23:02:58 修改

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文章标签：学习笔记 c++ 图形渲染

于 2024-03-31 16:23:00 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_66236459/article/details/137180664

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本文章暂不介绍GLFW以及GL_GLAD的配置方法。学习赵新政

下节内容：OpenGL学习笔记——VBO与VAO-优快云博客

初识openGL

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

//以上是配置好的glad以及glfw 需注意glad需要在glfw上面

接下来看看GLFW官网提供的 Example Code

#include <GLFW/glfw3.h>

int main(void)
{
    //创建窗体对象
    GLFWwindow* window; 
    
    //初始化GLFW
    if (!glfwInit())
        return -1;

    //设置窗体的长和宽 ，以及窗体名字
    window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);
    if (!window)
    {
        //如果窗体创建失败则进行清理
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    //设置window这个窗体为“绘制舞台”
    glfwMakeContextCurrent(window);

    //执行窗体循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        /* Render here */
        //清理窗口
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        //切换双缓存
        glfwSwapBuffers(window);

        //接受并分发窗口消息
        glfwPollEvents();
    }
    
    //清理
    glfwTerminate();
    return 0;
}

在我们使用的时候，会有些许不同，比如初始化我们可以这样写

 glfwInit();//初始化GLFW
//设置GLFW的主版本号和次版本号
 glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);
 glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);
 //启动核心模式
 glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);


//使用glad加载所有opengl函数
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {
    std::cout << "Failed to initialize GLAD\n";
    return -1;
}

在原来的基础上加上这些即可

事件响应函数

还记得上一节中窗体循环中的 glfwPollEvents();么。

它就是用来接受并分发窗体信息，检查消息队列是否有需要处理的鼠标，键盘等信息，如果有的话就将消息批量处理清空队列。

//我们需要用到的是这两个函数 需要在窗体循环前设置

//设置监听 事件响应
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, frameBufferSizeCallBack);
glfwSetKeyCallback(window, keyCallBack);
//其中第一个参数是窗体对象，第二个参数是函数指针

让我们进入定义，看看我们需要提供什么样的回调函数

这些参数比较简单，除了窗体对象。我们还需要宽和高

这些有点难懂，简单了解一下。key:字母按键码，scancode：物理按键码（不重要），action：按下还是抬起，mods：是否有Shift 或者 Ctrl

接下来我们就可以自己写回调函数啦，以下仅供参考。你们可以写自己的

void frameBufferSizeCallBack(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    std::cout << "窗体最新大小：" << width << "," << height << std::endl;
}

void keyCallBack(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)
{
    if (key == GLFW_KEY_W); //是否按下w
    if (action == GLFW_PRESS);// 按压行为
    if (action == GLFW_RELEASE);//松开行为
    if (mods == GLFW_MOD_CONTROL);//control模式
    std::cout << "按下了:" << key << std::endl;
    std::cout << "action:" << action << std::endl;
    std::cout << "mods" << mods << std::endl;
}

效果so COOL

函数初体验

OpenGL的运行环境是一个大的状态机，每个函数都会改变状态机的状态或者使其执行某个行为

glViewport(GLint x, GLint y,GLsizei width, GLsizei height);

设置窗口中OpenGL负责渲染的区域，即视口Viewport

x，y：表示相对窗口左下角的起始位置. width,height 表示渲染区域的长度，高度

glClearColor(GLfloat red,GLfloat green, GLfloat blue, GLfloat alpha);

设置画布清理的颜色

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

执行画布清理工作

双缓冲：DoubleBuffer

如果直接在一张画板上绘制每一帧，就会“露馅”

双缓冲技术，在每一帧绘制任务完成后，需要把“幕后”的画布放到台前，把台前的撤到“幕后”

void glfwSwapBuffers(GLFWwindow* window);

//设置opengl视口以及清理颜色
glViewport(0, 0, 400, 600);
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
//窗体循环中  切换双缓存
glfwSwapBuffers(window);

错误检查与封装

如果我们不小心写错了某个参数会怎么样？比如glClear(-1)

opengl 不会因为参数错误轻易崩溃，但错误也更难查找！OpenGL提供了错误检查函数

GLenum glGetError(); 用于检查之前的调用是否发生了问题，如果有问题则返回最近一个问题的错误码

所以我们可以根据这一特性，将其封装成CheckError文件

// 这里是头文件
#pragma once
#include<iostream>
#include <glad/glad.h>
#include<string>
#include<assert.h>

#define DEBUG
//预编译宏定义
#ifdef DEBUG
#define GL_CALL(func) func;checkError();
#else
#define GL_CALL(func) func;
#endif

void checkError();

这里的define DEBUG是为了方便是否启用检查，否则在发布时我们还得一个个删除GL_CALL

// checkError.cpp
#include "checkError.h"

void checkError() {
    GLenum errorCode = glGetError();
    std::string error = "";
    if (errorCode != GL_NO_ERROR) {
        switch (errorCode)
        {
        case GL_INVALID_ENUM: error = "INVALID_ENUM"; break;
        case GL_INVALID_VALUE: error = "INVALID_VALUE"; break;
        case GL_INVALID_OPERATION: error = "INVALID_OPERATION"; break;
        case GL_OUT_OF_MEMORY: error = "OUT OF MEMORY"; break;
        default:
            error = "UNKNOWN";
            break;
        }
        std::cout << error << "\n";

        //assert会根据传入的bool值来决定程序是否停止
        assert(false);
    }
}

这里列举了常见的四种错误，ENUM,VALUE,OPERATION,MEMORY. 封装好之后我们就可以给每条语句套上,例如GL_CALL(glClear(-1) );

Application类设计

OpenGL的绘制代码会很长，所以需要做必要的封装，让代码优雅整洁

所以我们需要封装一个Application类，将窗体相关代码锁在里面，并且暴露必要的接口。

思路：3D程序都是帧循环驱动，每个对象都应该先初始化（initial），之后的每一帧更新数据或处理事件（update），退出前打扫战场（destroy）。

单例类

这里简单介绍一下单例模式。

单例模式是一种设计模式，用于确保类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在许多情况下，单例类被用来管理全局状态或提供全局访问点。

#include <iostream>

class Singleton {
public:
    // 公共静态方法，用于获取单例实例
    static Singleton& getInstance() {
        // 使用静态局部变量确保只创建一个实例
        static Singleton instance;
        return instance;
    }

    // 防止复制构造函数
    Singleton(Singleton const&) = delete;
    void operator=(Singleton const&) = delete;

    // 其他公共方法和成员变量可以在这里添加
    void doSomething() {
        std::cout << "Singleton is doing something." << std::endl;
    }

private:
    // 私有构造函数，防止外部实例化
    Singleton() {}
};

int main() {
    // 获取单例实例
    Singleton& singleton = Singleton::getInstance();

    // 调用单例方法
    singleton.doSomething();

    return 0;
}

因此我们可以模仿上面的单例类实现Application类的封装。

#pragma once

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

#define app Application::getInstance()

class Application
{
public:
	static Application* mInstance; //一定要放在private里面吗
    //可以放在getInstance内部
	~Application();
	static Application* getInstance();
	//访问实例的静态函数
}
private:
	Application();

	GLFWwindow* mWindow = nullptr;

};

cpp文件

#include"checkError.h"
#include"Application.h"

Application* Application::mInstance = nullptr;

Application* Application::getInstance() {
	// 如果mInstance 已经实例化了，就直接返回 
	//否则先new出来 再返回
	if (mInstance == nullptr) {
		mInstance = new Application();
	}
	return mInstance;
}

Application::Application() {

}

Application::~Application() {

}

最后我们可以在源文件中#include"Application.h" 并且#define app Application::getInstance()可以用来简化语句。我们就可以像app-> xxx 来访问类了。

成员变量与成员函数设计

成员变量思路，要有描述窗体长，宽。还要存储当前窗体对象。

mWidth, mHeight. mWindow

对外接口设计 init 负责初始化当前对象的各类参数。1，设置初始信息。2、生成窗体。3、载入OpenGL函数。

update负责每一帧更新信息或者执行工作。1、更新双缓冲。2、接受并分发窗体消息

destroy负责退出前打扫战场。执行glfwTerminate 退出gl环境

在头文件中添加这些即可，并在private：中添加mWidth, mHeight.

先写init函数将初始化的部分封装到init函数中（前面有展示）

bool Application::init(const int& Width,const int& Height) {
	mWidth = Width; mHeight = Height;
	glfwInit();

	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);

	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

	mWindow = glfwCreateWindow(mWidth, mHeight, "OpenGLStudy", NULL, NULL);

	if (mWindow == NULL) {
		return false;
	}
	glfwMakeContextCurrent(mWindow);
    
//也可以把加载glad 放进来，但是需要在Application中 #include<glad/glad.h>
	return true;
}

update函数

bool Application::update() {
	if (glfwWindowShouldClose(mWindow)) {
		return false;
	}

	//切换双缓存
	glfwSwapBuffers(mWindow);

	glfwPollEvents();
	return true;
}

destroy函数

void Application::destroy() {
	//退出程序前做相关清理
	glfwTerminate();
}

接下来我们就可以在main函数中使用这些封装，替换之前的语句

int main(){
    //初始化的封装
    if (!(app->init(800, 600) )) {
        return -1;
    }
    
    //设置监听 暂未封装

    //使用glad加载所有opengl函数 （可以移到init中）
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD\n";
        return -1;
    }
    
     while (app->update())
     {
        
        GL_CALL(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));
        
        //渲染操作
     }
    app->destroy();
}

事件回调响应

我们可以通过使用函数指针，来为用户提供接口

Resize 设计思路：在main.cpp中，我们可以写自己的Resize函数，并且通过app->setResizeCallback(Resize);来向Application类提供自己的回调函数

在Application.h中，我们可以设置相应的函数指针

Application内定义静态函数（如果非静态则不能被作为函数指针提供参数，下面会报错） framebufferSizecallback，并且设置到GLFW内承接Resize事件
定义Application内的函数指针类型ResizeCallback
定义Application内的ResizeCallback类型成员变量mResizeCallback

"Application.h文件"
//以下只展示添加的内容

using ResizeCallback = void(*)(int width, int height);

class Application(){
public:
    void setResizeCallback(ResizeCallback callback) { mResizeCallback = callback; } //函数指针
private:
    //不让外界调用
    static void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* window, int width, int height);
private:
    ResizeCallback mResizeCallback = nullptr; //回调函数

};

"Application.cpp文件"
bool Application::init(int Width,int Height) {
    
    glfwSetFramebufferSizeCalback(mWindow, frameBufferSizeCallback);
    //为其提供静态函数
    
    return true;
}


void Application::frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* window, int width, int height) {
	std::cout << "Resize" << std::endl;
    //即使mInstance设置为私有 静态函数也可以访问
    if(mInstance->mResizeCallback != nullptr){
        mInstance->mResizeCallback(width,height);
    }
}

添加完这些以后，我们便可以在我们的main()函数中通过app->setResizeCallback(Resize);

void OnResize(int width, int height) {
    GL_CALL(glViewport(0, 0, width, height));
    std::cout << "OnResize" << std::endl;
}

流程大概是，init 函数先设置回调函数为frameBufferSizeCallback ,我们再通过app->setResizeCallback(Resize); 使得frameBufferSizeCallback 内部调用的函数指针发生改变，进而在窗体循环中使用我们的Resize函数进行回调

可选做法：学会使用glfw的UserPointer

在init函数中，glfwSetWindowUserPointer(mWindow, this);

将我们当前的Application对象暂时存到mWindow里面

void Application::frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* window, int width, int height) {
	std::cout << "Resize" << std::endl;
    
    Application* self = (Application*)glfwGetWindowUserPointer(window); //将刚才存储的 实例拿出来
    self->mResizeCallback(width,height);
}

Application类完整版（添加了键盘响应）

键盘响应类似于上面的Resize响应，所以我将给出所有Application类代码

"Application.h"
#pragma once

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


using ResizeCallback = void(*)(int width, int height);
using KeyBoardCallback = void(*)(int key,int action,int mods);

#define app Application::getInstance()

class Application
{
public:
	~Application();
	static Application* getInstance();
	//访问实例的静态函数
	bool init(int,int);
	bool update();
	void destroy();

	uint32_t getWidth() const { return mWidth; }
	uint32_t getHeight() const { return mHeight; }

	void setResizeCallback(ResizeCallback callback) { mResizeCallback = callback; } //函数指针
	void setKeyBoardCallback(KeyBoardCallback callback) { mKeyBoardCallback = callback; }

private:
	//回调函数，提供给glfw
	static void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* window, int width, int height);
	static void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods);
private:
	Application();
	static Application* mInstance;
	uint32_t mWidth = 0;
	uint32_t mHeight = 0;
	GLFWwindow* mWindow = nullptr;

    //外部可设置的函数指针
	ResizeCallback mResizeCallback = nullptr; 
	KeyBoardCallback mKeyBoardCallback = nullptr;
};

#include"checkError.h"
#include"Application.h"

Application* Application::mInstance = nullptr;

Application* Application::getInstance() {
	// 如果mInstance 已经实例化了，就直接返回 
	//否则先new出来 再返回
	if (mInstance == nullptr) {
		mInstance = new Application();
	}
	return mInstance;
}

Application::Application() {

}

Application::~Application() {

}

bool Application::init(int Width,int Height) {
	mWidth = Width; mHeight = Height;
	glfwInit();

	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);

	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

	mWindow = glfwCreateWindow(mWidth, mHeight, "OpenGLStudy", NULL, NULL);

	if (mWindow == NULL) {
		return false;
	}
	glfwMakeContextCurrent(mWindow);

	//this 就是当前全局唯一的Application对象
	glfwSetWindowUserPointer(mWindow, this);

	//键盘相应
	glfwSetKeyCallback(mWindow, keyCallback);
	glfwSetWindowSizeCallback(mWindow, frameBufferSizeCallback);

	return true;
}
bool Application::update() {
	if (glfwWindowShouldClose(mWindow)) {
		return false;
	}

	//切换双缓存
	glfwSwapBuffers(mWindow);

	glfwPollEvents();
	return true;
}
void Application::destroy() {
	//退出程序前做相关清理
	glfwTerminate();
}

void Application::frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* window, int width, int height) {
	std::cout << "Resize" << std::endl;
	Application* self = (Application*)glfwGetWindowUserPointer(window); //将刚才存储的 实例拿出来
    self->mResizeCallback(width,height);
}

void Application::keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods) {
	Application* self = (Application*)glfwGetWindowUserPointer(window);
	if (self->mKeyBoardCallback != nullptr)
		self->mKeyBoardCallback(key,action,mods);
}