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OpenGL基础操作 渲染虚拟相机

1、VBO

2、EBO 和顶点颜色 使用 shader

3、OpenGL texcoord 纹理贴图

4、模型矩阵、视图矩阵、投影矩阵的坐标系的转换

5、 虚拟相机

6、 场景漫游

7、 解析3D Object 模型

8、HDR

二、OpenGL概念

1、 什么是VBO

VBO全名顶点缓冲对象(Vertex Buffer Object),他主要的作用就是可以一次性的发送一大批顶点数据到显卡上,而不是每个顶点发送一次。我们知道CPU传送数据给GPU其实是比较耗费时间的,所以尽可能的一次性把需要的顶点数据全部传给GPU,这样顶点着色器几乎能立即访问到顶点,有助于加快顶点着色器效率。

如何创建VBO

就目前所有游戏引擎来说VBO的机制已经是基础了,我们看下VBO在Opengl中是如何创建的。 首先,我们需要在Opengl生成一个缓冲类型的ID。

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

这里我们创建了一个缓冲的ID,当然了你也可以通过数组来批量创建一系列的VBO的ID,

unsigned int VBO[3];
glGenBuffers(3,VBO);

接下来,我们要将这个ID绑定给指定类型来告诉Opengl这个缓冲是什么类型的;

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

这里我们将VBO赋予了GL_ARRAY_BUFFER的类型,告诉Opengl这个VBO变量是一个顶点缓冲对象。

注意从这一刻起,我们使用的任何(在GL_ARRAY_BUFFER目标上的)缓冲调用都会用来配置当前绑定的缓冲(VBO)

至此对于VBO的声明就结束了,其实也是蛮简单的,我们回顾下:

1)生成一个缓冲类型的ID;

2)指定ID的缓冲类型为GL_ARRAY_BUFFER;

接下来我们看下,如何给VBO赋值,我们假定有如下三角形的顶点数据:

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
	};

Opengl通过glBufferData接口来复制顶点数据到缓冲中供Opengl使用,对于上面的三角形顶点数据,代码就可能是这样的:

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

第一个参数表示目标的缓冲类型,这里指当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER上的顶点缓冲对象,第二个参数表示数据大小(字节为单位),第三个参数表示我们实际发出的数据。第四个参数GL_STATIC_DRAW表示Opengl如何处理上传的数据,Opengl中一共有三种类型:

GL_STATIC_DRAW :数据不会或几乎不会改变。 GL_DYNAMIC_DRAW:数据会被改变很多。 GL_STREAM_DRAW :数据每次绘制时都会改变。 到这一步,我们的数据就已经上传到GPU上去了。一个VBO过程也就结束了。 那这里引申出一个问题,我们看到vertices中有注释,表明这个数组里面有两种数据,一种是顶点坐标,一种是顶点颜色,那都放在一个float的数组中,Opengl如何来区分他们呢?这里就要用到glVertexAttribPointer这个接口了,该接口就是帮助Opengl解释如何处理数据的。我们来看下对于vertices的数据处理的代码:

	// 位置属性
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
	glEnableVertexAttribArray(0);
	// 颜色属性
	glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
	glEnableVertexAttribArray(1);

我们分析下这段代码,首先我们来解释下glVertexAttribPointer的各个参数的意义。

第一个参数表示我们希望数据中哪部分数据放在对应的Location位置上,这个可能主要体现在shader部分,我们看下顶点着色器的代码:

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;

我们根据变量名大致能猜出来location为0的是顶点坐标,location为1的是颜色值,这里的location就是对应了上面代码种glVertexAttribPointer第一个参数,location没有准确的位置定义,并没有说location为0的一定要是顶点坐标属性,也可以是颜色或者uv坐标属性,只是常规来说,我们习惯将坐标放在第一个位置。

glVertexAttribPointer第二个参数表示属性大小,坐标和颜色的大小都是3,所以这里填3;

第三个参数表示数据类型;

第四个参数表示我们是否希望数据标准化。如果我们设置为GL_TRUE,所有数据都会被映射到0(对于有符号型signed数据是-1)到1之间。我们把它设置为GL_FALSE;

第五个参数表示步长,数据之间的间隔,我们这里不管坐标还是颜色都是3个分量,所以坐标和坐标数据之间隔了6个float字节,颜色和颜色之间隔了6个float字节;

第六个参数表示偏移量,即在一段数据中,指定的数据偏移多少位置开始。在这里,坐标数据都是每段数据的起始位置,所以偏移量是0,而颜色数据在坐标数据之后,坐标数据有3个分量,所以每个颜色数据偏移三个float字节开始算;

每次设定好一个location的值之后,记得要开启对应的位置数据glEnableVertexAttribArray,因为Opengl默认是全关闭的。

经过glVertexAttribPointer执行之后,shader中对应layout的位置数据就有对应的值了。

2、什么VAO

VAO全名顶点数组对象(Vertex Array Object),每当我们绘制一个物体的时候都必须重复这一过程。这看起来可能不多,但是如果有超过5个顶点属性,上百个不同物体呢(这其实并不罕见)。绑定正确的缓冲对象,为每个物体配置所有顶点属性很快就变成一件麻烦事。VAO的作用就是顶点属性调用都会储存在这个VAO中。这样的好处就是,当配置顶点属性指针时,你只需要将那些调用执行一次,之后再绘制物体的时候只需要绑定相应的VAO就行了。简单来说有点类似复用的概念。

如何执行VAO

VAO的生成和绑定都和VBO很类似;

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

其过程也是先从生成一个ID开始,然后将ID绑定到顶点数组对象上。任何随后的顶点属性调用都会储存在这个VAO中。这样的好处就是,当配置顶点属性指针时,你只需要将那些调用执行一次,之后再绘制物体的时候只需要绑定相应的VAO就行了。这使在不同顶点数据和属性配置之间切换变得非常简单,只需要绑定不同的VAO就行了。概括来说就是从绑定之后起,我们应该绑定和配置对应的VBO和属性指针,之后解绑VAO供之后使用。

一个顶点数组对象会储存以下这些内容:

glEnableVertexAttribArray和glDisableVertexAttribArray的调用。

通过glVertexAttribPointer设置的顶点属性配置。

通过glVertexAttribPointer调用与顶点属性关联的顶点缓冲对象。

我们来举个例子,我们还是使用上面三角形数据:

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
	};

借用GLM的数学库,我们生成2个位置向量:

glm::vec3 traPositions[] = {
				glm::vec3(0.0f,  0.0f,  0.0f),
				glm::vec3(0.5f,  0.5f, 0.5f),
			};

生成VBO和VAO的ID:

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

复制顶点数据到缓冲:

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

分别处理位置和颜色的数据:

// 位置属性
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
	glEnableVertexAttribArray(0);
	// 颜色属性
	glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
	glEnableVertexAttribArray(1);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
	//解除VAO绑定
	glBindVertexArray(0);

生成一个model的矩阵变量(这个model矩阵做用就是model->world的转变矩阵)

glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);

创建model是方便做测试,在世界坐标中绘制不同位置的三角形,其在顶点着色器的作用如下代码:

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;

out vec3 ourColor;

uniform mat4 model;

void main()
{
    gl_Position = model*vec4(aPos, 1.0);
    ourColor = aColor;
}

我们的片段着色器很简单,仅仅是把传入的颜色直接输出:

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 ourColor;

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

好,至此准备工作都完成了,我们开始做渲染:

while (!glfwWindowShouldClose(window))
	{
		...
		glBindVertexArray(VAO);
		for (int i = 0; i < 2; i++)
		{
			glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
			model = glm::translate(model, traPositions[i]);
			outShader.setMat4("model", model);
			glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
		}
		...
	}

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OpenGL基础理论、渲染虚拟相机 HDR、LDR、Bloom

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