简单着色器编写（上）

在我的第一篇OpenGL文章中，我已经成功的画出了一个三角形，默认是白色的，那么该怎么把它换一个颜色呢？

先给出完整的代码。

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

static unsigned int CompileShader(unsigned int type,const std::string& source)
{
    unsigned int id = glCreateShader(type);
    const char* src = source.c_str();
    glShaderSource(id, 1, &src, nullptr);
    glCompileShader(id);

    int result;
    glGetShaderiv(id, GL_COMPILE_STATUS, &result);
    if (result==GL_FALSE)
    {
        int length;
        glGetShaderiv(id, GL_INFO_LOG_LENGTH, &length);
        char* message = (char*)alloca(length * sizeof(char));
        glGetShaderInfoLog(id, length, &length, message);
        std::cout << "Failed to compile"<<
            (type==GL_VERTEX_SHADER?"vertex":"fragment")
            << "shader!" << std::endl;
        std::cout << message << std::endl;
        glDeleteShader(id);
        return 0;
    }

    return id;
}

static unsigned int CreateShader(const std::string& vertexShader, const std::string& fragmentShader)
{
    unsigned int program = glCreateProgram();
    unsigned int vs = CompileShader(GL_VERTEX_SHADER,vertexShader);
    unsigned int fs = CompileShader(GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShader);

    glAttachShader(program, vs);
    glAttachShader(program, fs);
    glLinkProgram(program);
    glValidateProgram(program);

    glDeleteShader(vs);
    glDeleteShader(fs);

    return program;
}

int main(void)
{
    GLFWwindow* window;

    /* Initialize the library */
    if (!glfwInit())
        return -1;

    glewInit();

    /* Create a windowed mode window and its OpenGL context */
    window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);
    if (!window)
    {
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    /* Make the window's context current */
    glfwMakeContextCurrent(window);

    if (glewInit() != GLEW_OK)
        std::cout << "error";

    std::cout << glGetString(GL_VERSION) << std::endl;

    float positions[6] =
    {
        -0.5f, -0.5f,
        0.0f, 0.5f,
        0.5f, -0.5f
    };

    unsigned int buffer;
    glGenBuffers(1, &buffer);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(float),positions,GL_STATIC_DRAW);

    glEnableVertexAttribArray(0);

    glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0);

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

    std::string vertexShader =
        "#version 330 coren"
        "n"
        "layout(location=0)in vec4 position;"
        "n"
        "void main()n"
        "{n"
        "  gl_Position = position;n"
        "}n";

    std::string fragmentShader =
        "#version 330 coren"
        "n"
        "layout(location=0)out vec4 color;"
        "n"
        "void main()n"
        "{n"
        "  color=vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);n"
        "}n";
    unsigned int shader = CreateShader(vertexShader,fragmentShader);
    glUseProgram(shader);

    /* Loop until the user closes the window */
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        /* Render here */
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        //glBegin(GL_TRIANGLES);
        //glVertex2f(-0.5f, -0.5f);
        //glVertex2f(0.0f, 0.5f);
        //glVertex2f(0.5f, -0.5f);
        //glEnd();

        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0,3);

        /* Swap front and back buffers */
        glfwSwapBuffers(window);

        /* Poll for and process events */
        glfwPollEvents();
    }
    glDeleteProgram(shader);

    glfwTerminate();
    return 0;
}

不同于之前，这里我使用了新的方法来画三角形。

下面是新的三角形画法：

float positions[6] =
{
    -0.5f, -0.5f,
    0.0f, 0.5f,
    0.5f, -0.5f
};

unsigned int buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(float),positions,GL_STATIC_DRAW);

glEnableVertexAttribArray(0);

glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

仅靠这些还不能在屏幕上显示出一个三角形，还要继续添加OpenGL渲染的步骤，这些我们待会儿说。

我来逐步解释一下上面代码的作用；

float positions[6] =
{
    -0.5f, -0.5f,
    0.0f, 0.5f,
    0.5f, -0.5f
};

这段代码定义了一个包含三个顶点坐标的数组，每个顶点由两个浮点数表示（X 和 Y 坐标）。这些顶点坐标定义了一个位于屏幕中心的等腰三角形，顶点坐标如下：

• 第一个顶点：(-0.5, -0.5)
• 第二个顶点：(0.0, 0.5)
• 第三个顶点：(0.5, -0.5)

这些坐标被用作顶点数据，可以通过OpenGL的顶点缓冲区对象（VBO）来传递给渲染管线，从而绘制这个三角形。这个代码片段是OpenGL中的基础步骤之一，用于准备顶点数据以进行渲染。

请注意，这里的坐标是以标准化设备坐标（Normalized Device Coordinates，NDC）表示的，范围从 -1 到 1。实际渲染时，这些坐标会经过变换和投影，最终映射到屏幕上的像素位置。

unsigned int buffer;

用于定义一个无符号整数变量 buffer，这个变量通常用来表示OpenGL中的缓冲区对象标识符（如顶点缓冲区对象、帧缓冲区对象等）。

 glGenBuffers(1, &buffer);

是OpenGL函数调用，用于生成缓冲区对象的标识符（ID）。让我解释一下这个函数的作用：

• glGenBuffers：这是一个OpenGL函数，用于生成一个或多个缓冲区对象的标识符。在这里，我们生成一个缓冲区对象，所以是生成单个标识符。

• (1, &buffer)：这是函数的参数。1 表示生成一个标识符，&buffer 是用于接收生成的标识符的变量的地址。在这里，buffer 是我之前声明的无符号整数变量，用于存储生成的缓冲区对象的标识符。

通过调用这个函数，OpenGL会为我生成一个唯一的标识符，用于标识一个缓冲区对象。之后，你可以通过这个标识符来操作和管理这个缓冲区对象，比如绑定、填充数据等操作。

这个函数很长，不好记忆，那么我们把它拆开看看，

gl是OpenGL函数的前缀，这个是必须要加的，

“gen”是“generate”的缩写，表示生成，

“buffer”表示缓冲区对象，

因此，glGenBuffers 的意思可以理解为“生成缓冲区对象的标识符”。

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);

是OpenGL中用于绑定缓冲区对象的函数调用。让我解释一下这段代码的含义：

• glBindBuffer：这是一个OpenGL函数，用于将一个缓冲区对象绑定到OpenGL上下文中的指定缓冲区目标。

• GL_ARRAY_BUFFER：这是一个缓冲区目标的常量，表示要绑定的缓冲区对象的类型。在这个情况下，它表示顶点缓冲区对象。

• buffer：这是我之前生成的缓冲区对象的标识符。通过这个标识符，我可以引用特定的缓冲区对象。

通过调用 glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);，将指定的缓冲区对象绑定到OpenGL上下文中的当前顶点缓冲区目标。这意味着后续的顶点数据操作将应用于这个特定的缓冲区对象。

在绑定缓冲区之后，可以使用其他函数来填充数据、配置属性等操作。完成操作后，通常会使用 glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); 解绑缓冲区，以确保后续的操作不会影响到这个缓冲区对象。

 同样，我来解释一下这个函数的命名方式，

"bind" 表示将一个对象绑定到OpenGL上下文的特定目标，

综合起来，当我们说 "bind a buffer" 时，意味着将一个缓冲区对象绑定到特定的缓冲区目标，以便后续的操作将作用于这个缓冲区对象。在操作缓冲区对象时，需要使用 bind 来确定正在操作的对象，然后使用 buffer 来描述这个对象的类型。

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(float),positions,GL_STATIC_DRAW);

是一个OpenGL函数，用于将数据上传到缓冲区对象中。让我解释一下这段代码的含义：

• GL_ARRAY_BUFFER：这是一个缓冲区目标的常量，表示要绑定的缓冲区对象的类型。在这个情况下，它表示顶点缓冲区对象。

• 6 * sizeof(float)：这个参数表示要上传的数据的大小，以字节为单位。在这里，你上传了包含6个浮点数的数据数组，每个浮点数占用4个字节（sizeof(float)）。

• positions：这是一个指向包含要上传数据的数组的指针，即顶点的坐标数据。

• GL_STATIC_DRAW：这是一个提示，告诉OpenGL你打算如何使用这些数据。在这个情况下，GL_STATIC_DRAW 表示这些数据将不会在绘制过程中被频繁修改，因此OpenGL可以根据需要对内部数据进行优化。

通过调用 glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(float), positions, GL_STATIC_DRAW);，将顶点数据上传到绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 目标的缓冲区对象中。这样，OpenGL就可以在渲染过程中使用这些数据来绘制图形。

需要注意的是，这只是上传数据到缓冲区对象中的第一步。接下来，可能需要在顶点着色器中设置属性指针，以告诉OpenGL如何解释这些数据，从而正确地渲染图形。

这个函数使用起来比较复杂，我来介绍一下它的函数签名，

void glBufferData(GLenum target, GLsizeiptr size, const GLvoid* data, GLenum usage);

这里是参数的解释：

• target：缓冲区的目标，表示将数据上传到哪种类型的缓冲区对象。常见的值包括 GL_ARRAY_BUFFER（顶点缓冲区）、GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER（索引缓冲区）等。

• size：要上传的数据大小，以字节为单位。

• data：指向要上传的数据的指针。

• usage：数据使用提示，告诉OpenGL如何使用这些数据，以便优化内存和性能。常见的值包括 GL_STATIC_DRAW、GL_DYNAMIC_DRAW 等。

通过调用 glBufferData，你可以将数据上传到指定的缓冲区对象中，以便在渲染过程中使用。

glEnableVertexAttribArray(0);

是一个OpenGL函数，用于启用指定的顶点属性数组。让我解释一下这段代码的含义：

• 0：这是一个顶点属性的索引，表示要启用的顶点属性数组。在这里，索引为0表示启用顶点位置属性。

通过调用 glEnableVertexAttribArray(0);，你告诉OpenGL要启用顶点位置属性数组，以便在渲染时使用。这是因为在使用顶点缓冲区对象绘制时，你可以将多个顶点属性存储在不同的顶点属性数组中，然后使用 glEnableVertexAttribArray 来启用这些属性数组。

在顶点着色器中，你需要通过指定的属性索引（在这里是0）来访问启用的顶点属性。通过启用和设置多个顶点属性，你可以在渲染过程中使用多个属性来定义顶点的属性，比如位置、法线、颜色、纹理坐标等。

这么写可能不太好理解，让我们用画画来类比，

想象你正在绘制一个彩色的风景画，你有一组颜料盒，每个盒子里装着不同颜色的颜料。你还有几个画笔，每支画笔可以绘制不同的部分。

• 在OpenGL中，你的画布是屏幕，你的风景是3D模型。
• 顶点属性数组就像是你的颜料盒，每个属性数组存储不同的顶点属性，比如位置、颜色、纹理坐标等。
• 每支画笔就是你的顶点着色器，它决定了如何绘制每个顶点。
• glEnableVertexAttribArray(0); 就相当于告诉你的画笔，你要使用颜料盒中的第一种颜色（索引0），也就是启用位置属性数组。

因此，这句话就是在告诉OpenGL的画笔（顶点着色器）：“嘿，我要用位置属性这个颜料盒（属性数组）中的颜色（数据）来绘制我的风景（模型）！” 这样，OpenGL就知道在绘制过程中如何使用顶点属性数据来渲染图形了。

这个函数也比较难以理解，拆开来解释下，

• gl：OpenGL 库的前缀，表示这个函数是属于OpenGL库的一部分。
• Enable：启用的意思，表示你要激活或开启某个功能。
• Vertex：顶点的意思，通常用于表示3D图形中的一个点。
• AttribArray：属性数组，指的是一组包含顶点属性数据的数组。在OpenGL中，你可以在属性数组中存储顶点的各种属性，如位置、颜色、法线、纹理坐标等。

综合起来，glEnableVertexAttribArray 表示你要启用或开启一个顶点属性数组，以便在OpenGL渲染中使用这些属性数据。这个函数的调用告诉OpenGL，你想要激活某个顶点属性数组，从而在绘制过程中使用这些属性数据来定义模型的特征。

glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0);

让我来解释一下 glVertexAttribPointer 函数的参数：

• 0：这是顶点属性的索引，表示要设置的顶点属性数组的索引。在这里，索引0表示设置顶点位置属性数组。

• 2：这是指定每个顶点属性的组件数量。在这里，表示每个顶点位置有两个组件，即 x 和 y 坐标。

• GL_FLOAT：这是指定顶点属性的数据类型。在这里，表示顶点位置属性的数据类型是浮点数。

• GL_FALSE：这是一个布尔值，用于指定是否应该将顶点属性的值标准化。在这里，表示不标准化顶点位置属性的值。

• sizeof(float) * 2：这是指定顶点属性数组中每个顶点属性的字节数。在这里，表示每个顶点位置属性由两个浮点数（每个浮点数占4字节）组成，所以是 sizeof(float) * 2 字节。

• 0：这是指定顶点属性数组中第一个顶点属性的偏移量。在这里，表示从数组的开头开始。

通过调用 glVertexAttribPointer 函数，你告诉OpenGL如何解释顶点属性数组中的数据。在这个例子中，它告诉OpenGL如何解释顶点位置属性的数据：每个顶点位置由两个浮点数组成，不标准化，每个顶点属性在数组中的偏移量为0。这些设置将在渲染时被顶点着色器使用，以正确地处理顶点位置属性。

把单词拆开来看，

• gl：OpenGL 库的前缀，表示这个函数是属于OpenGL库的一部分。
• Vertex：顶点的意思，通常用于表示3D图形中的一个点。
• Attrib：属性的缩写，表示顶点的一个特征或属性，如位置、颜色、法线等。
• Pointer：指针的意思，表示指向数据的指针。在这里，它指的是告诉OpenGL如何访问顶点属性数据的指针。

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

是一个OpenGL函数调用，让我为你解释一下这个函数的作用：

• gl：OpenGL 库的前缀，表示这个函数是属于OpenGL库的一部分。
• Bind：绑定的意思，表示把一个对象或资源绑定到OpenGL上下文中，以便在后续的操作中使用。
• Buffer：缓冲区的意思，表示一个用于存储数据的内存块，通常用于存储顶点数据、纹理数据等。
• GL_ARRAY_BUFFER：这是OpenGL中的一个常量，表示绑定目标为顶点属性数组的缓冲区。
• 0：这是一个特殊的值，表示要解绑目标缓冲区。

综合起来，glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); 表示你正在将顶点属性数组的缓冲区解绑定，即将之前绑定的缓冲区与顶点属性数组分离。在OpenGL中，通过绑定和解绑缓冲区，你可以在渲染过程中使用不同的缓冲区数据来绘制不同的图形。将目标缓冲区设置为0，表示将当前绑定的缓冲区解绑定，以后的操作将不再影响该缓冲区。

所以，这句代码的作用是取消之前与顶点属性数组绑定的缓冲区，以便后续的操作不再受该缓冲区的影响。