openGL学习(Shader)
认识Shader
在计算机图形学中，Shader（着色器）是一种运行在 GPU（图形处理单元）上的程序，用于控制图形渲染过程中顶点和像素的处理。着色器是 OpenGL、Direct3D、Vulkan 等图形 API 的核心组成部分，它们允许开发者自定义渲染管线的各个阶段，从而实现高度自定义的视觉效果。
着色器类型
顶点着色器（Vertex Shader）：
处理每个顶点的数据。
可以进行顶点位置的变换、纹理坐标的生成、光照计算等。
通常用于实现 3D 变换、动画效果等。
片段着色器（Fragment Shader）：
处理每个像素（或片段）的数据。
决定每个像素的颜色和透明度。
用于实现光照、阴影、纹理映射、后处理效果等。
几何着色器（Geometry Shader）：
在顶点着色器和片段着色器之间处理整个图元（如点、线、三角形）。
可以生成新的顶点或图元。
用于实现高级的几何变换和效果。
张量着色器（Tessellation Shader）：
包括两个阶段：域着色器（Domain Shader）和原语生成着色器（Hull Shader）。
控制细分曲面的生成和处理。
用于实现复杂的曲面细分和建模。
计算着色器（Compute Shader）：
执行通用计算任务，不直接参与渲染管线。
可以并行处理大量数据。
用于实现物理模拟、图像处理、AI 计算等。
着色器编写
着色器通常使用 GLSL（OpenGL Shading Language）或 HLSL（High-Level Shader Language）等语言编写。以下是一个简单的 GLSL 顶点着色器示例：
#version 330 core// in代表输入
//vec3代表是一个三维向量（xyz）
// aPos 是我们自己取的名字
// layout(location = n) 代表告诉vertexShaser去vao的第n个属性描述中去取数据。
// gl_Position 是glsl的内置变量，负责向后续阶段输出顶点位置处理的结果。 一般为NDC坐标。
//vec4代表 四维向量。layout(location = 0) in vec3 aPos; // 顶点位置void main() {gl_Position = vec4(aPos, 1.0); // 将顶点位置传递给片段着色器
}以及一个简单的 GLSL 片段着色器示例：
#version 330 core//out代表输出变量
//vec4代表四维向量，rgba，红绿蓝，透明度
//FragColor 是最终输出的变量
out vec4 FragColor; // 输出颜色void main() {FragColor = vec4(1.0, 0.5, 0.2, 1.0); // 设置像素颜色为橙色
}着色器编译和链接
在 OpenGL 中，着色器需要经过编译和链接才能使用。以下是一个简化的流程：
编写着色器代码：使用 GLSL 编写顶点着色器和片段着色器代码。
创建着色器对象：使用
glCreateShader创建着色器对象。编译着色器：使用
glShaderSource和glCompileShader编译着色器代码。创建程序对象：使用
glCreateProgram创建程序对象。附加着色器：使用
glAttachShader将编译好的着色器附加到程序对象。链接程序：使用
glLinkProgram链接程序对象。使用程序：使用
glUseProgram使用链接好的程序对象。
着色器的优势
高度自定义：开发者可以自定义渲染管线的各个阶段，实现复杂的图形效果。
性能优化：着色器在 GPU 上运行，可以利用 GPU 的并行处理能力，提高渲染性能。
跨平台兼容性：着色器语言（如 GLSL）在不同的图形 API 和硬件平台上具有较好的兼容性。
总之，着色器是现代图形渲染中不可或缺的一部分，它们为开发者提供了强大的工具来实现高度自定义的视觉效果。
void prepareShader()
{cout << "prepareShader()" << endl;//1.完成vs和fs，并且装字符串const char* vertexShaderSource ="#version 460 core\n""layout(location = 0) in vec3 aPos;\n""void main()\n""{\n""gl_Position = vec4(aPos.x,aPos.y,aPos.z,1.0);\n""}\n\0";const char* fragmentShaderSource ="#version 330 core\n""out vec4 FragColor;\n""void main()\n""{\n""FragColor = vec4(1.0f,0.5f,0.2f,1.0);\n""}\n\0";//2创建Shader程序（vs和fs）GLuint vertex, fragment;vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);//3为shader程序输入Shader代码glShaderSource(vertex, 1, &vertexShaderSource, NULL); //字符串用\0进行结尾，不需要告诉他长度。glShaderSource(fragment, 1, &fragmentShaderSource, NULL); //字符串用\0进行结尾，不需要告诉他长度。int success = 0;char infoLog[1024];//4 执行Shader编译glCompileShader(vertex);//5 检查是否正确编译glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) // 0有问题，非0没有问题{glGetShaderInfoLog(vertex, 1024, NULL, infoLog); //获取日志信息cout << "Error Vertex Shaser Complie: " << infoLog << endl;}//4 执行fragment编译glCompileShader(fragment);//5 检查是否正确编译glGetShaderiv(fragment, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) // 0有问题，非0没有问题{glGetShaderInfoLog(vertex, 1024, NULL, infoLog); //获取日志信息cout << "Error Fragment Shader Complie: " << infoLog << endl;}// 创建Program壳子GLuint program = 0;program = glCreateProgram();//将编译后的结果放进ProgramglAttachShader(program, vertex);glAttachShader(program, fragment);// 执行program链接操作，形成最终的shader程序。glLinkProgram(program);//检查链接错误glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &success);if (!success) // 0有问题，非0没有问题{glGetProgramInfoLog(program, 1024, NULL, infoLog); //获取日志信息cout << "Error Program Link: " << infoLog << endl;}//清理glDeleteShader(vertex);glDeleteShader(fragment);}
#include <iostream>
//#include "thrirdParty/include/GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.h" //需要先引用glad的头文件。 用于加载 OpenGL 函数指针
#include "GLFW/glfw3.h" // 用于创建窗口和处理输入。
#include <assert.h>
#include "wrapper/checkerror.h"
#include "application/application.h"
using namespace std;/*
* 目标：学习DrawArray进行绘制
* 1.采用GL_TRANGLES进行绘制三角形
* 这里可以缩放窗体，实验NDC坐标的作用。
* prepareVAOForGLTriangles:构建四个顶点的VAO
*
*/GLuint vao, program;void prepareSingleBuffer()
{//1.准备顶点位置数据与颜色数据float positions[] = {-0.5f,-0.5f,0.0f,0.5f,-0.5f,0.0f,0.0f,0.5f,0.0f,};float colors[] = {1.0f,0.0f,0.0f,0.0f,1.0f,0.0f,0.0f,0.0f,1.0f,};//2.为位置&颜色数据各自生成一个VBOGLuint posVbo = 0, colorVbo = 0;GL_CALL(glGenBuffers(1, &posVbo));GL_CALL(glGenBuffers(1, &colorVbo));//3.给两个分开的VBO各自填充数据//positions填充数据GL_CALL(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, posVbo));GL_CALL(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(positions), positions, GL_STATIC_DRAW));//colors填充数据GL_CALL(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorVbo));GL_CALL(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(colors), colors, GL_STATIC_DRAW));//生成VAO并且绑定GLuint vao = 0;glGenVertexArrays(1, &vao);glBindVertexArray(vao);// 分别将数据放入VAO//描述位置属性glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, posVbo);//只有绑定了vbo,下面的属性描述才于此有关系glEnableVertexAttribArray(0);glVertexAttribPointer(0,3,GL_FLOAT,GL_FALSE,3*sizeof(float),0);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorVbo);//只有绑定了vbo,下面的属性描述才于此有关系glEnableVertexAttribArray(1);glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), 0);glBindVertexArray(0); //将VAO进行解绑}void prepareInterLeavedBuffer()
{cout << "prepareInterLeavedBuffer()" << endl;float vertices[] = {-0.5f,-0.5f,0.0f,1.0f,0.0f,0.0f,0.5f,-0.5f,0.0f,0.0f,1.0f,0.0f,0.0f,0.5f,0.0f,0.0f,0.0f,1.0f};//2.为位置&颜色数据各自生成一个VBOGLuint vbo = 0;GL_CALL(glGenBuffers(1, &vbo));GL_CALL(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo));GL_CALL(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW));//生成VAO并且绑定//GLuint vao = 0;glGenVertexArrays(1, &vao);glBindVertexArray(vao);// 分别将数据放入VAO//描述位置属性glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);//只有绑定了vbo,下面的属性描述才于此有关系glEnableVertexAttribArray(0);glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);//颜色属性//glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);//只有绑定了vbo,下面的属性描述才于此有关系glEnableVertexAttribArray(1);glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float),(void*)(3*sizeof(float)));glBindVertexArray(0); //将VAO进行解绑
}void prepareVAOForTriangles()
{cout << "prepareVAOForTriangles()" << endl;//目前暂时不用颜色float vertices[] = {-0.5f,-0.5f,0.0f,0.5f,-0.5f,0.0f,0.0f,0.5f,0.0f,0.5f,0.5f,0.0f,0.8f,0.8f,0.0f,0.8f,0.0f,0.0f};//2.生成一个VBOGLuint vbo = 0;GL_CALL(glGenBuffers(1, &vbo));GL_CALL(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo));GL_CALL(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW));//生成VAO并且绑定glGenVertexArrays(1, &vao);glBindVertexArray(vao);// 分别将数据放入VAO//描述位置属性glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);//只有绑定了vbo,下面的属性描述才于此有关系glEnableVertexAttribArray(0);glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);glBindVertexArray(0); //将VAO进行解绑
}void prepareShader()
{cout << "prepareShader()" << endl;//1.完成vs和fs，并且装字符串const char* vertexShaderSource ="#version 460 core\n""layout(location = 0) in vec3 aPos;\n""void main()\n""{\n""gl_Position = vec4(aPos.x,aPos.y,aPos.z,1.0);\n""}\n\0";const char* fragmentShaderSource ="#version 330 core\n""out vec4 FragColor;\n""void main()\n""{\n""FragColor = vec4(1.0f,0.5f,0.2f,1.0);\n""}\n\0";//2创建Shader程序（vs和fs）GLuint vertex, fragment;vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);//3为shader程序输入Shader代码glShaderSource(vertex, 1, &vertexShaderSource, NULL); //字符串用\0进行结尾，不需要告诉他长度。glShaderSource(fragment, 1, &fragmentShaderSource, NULL); //字符串用\0进行结尾，不需要告诉他长度。int success = 0;char infoLog[1024];//4 执行Shader编译glCompileShader(vertex);//5 检查是否正确编译glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) // 0有问题，非0没有问题{glGetShaderInfoLog(vertex, 1024, NULL, infoLog); //获取日志信息cout << "Error Vertex Shaser Complie: " << infoLog << endl;}//4 执行fragment编译glCompileShader(fragment);//5 检查是否正确编译glGetShaderiv(fragment, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) // 0有问题，非0没有问题{glGetShaderInfoLog(vertex, 1024, NULL, infoLog); //获取日志信息cout << "Error Fragment Shader Complie: " << infoLog << endl;}// 创建Program壳子//GLuint program = 0;program = glCreateProgram();//将编译后的结果放进ProgramglAttachShader(program, vertex);glAttachShader(program, fragment);// 执行program链接操作，形成最终的shader程序。glLinkProgram(program);//检查链接错误glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &success);if (!success) // 0有问题，非0没有问题{glGetProgramInfoLog(program, 1024, NULL, infoLog); //获取日志信息cout << "Error Program Link: " << infoLog << endl;}//清理glDeleteShader(vertex);glDeleteShader(fragment);}void render()
{//GL_CALL( glClear(1) );//加上gl_call如果产生错误可以打印出来，虽然vs智能提示有问题GL_CALL(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));//渲染操作//1. 使用当前的programglUseProgram(program);//绑定当前的vaoglBindVertexArray(vao);//发出绘制指令//绘制三角形// 如果点数不够，就会连到0,0点 （123 和456）绘制两组三角形glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);//绘制的模式// GL_TRIANGLES 绘制三角形// 默认以三个点绘制一组三角形，不够三个点就不显示// GL_TRIANGLE_STRIP：// 末尾点数为偶数【n-2 n-1 n】,基数【n-1 n-2 n】 n从0开始// 并且会复用之前的点// GL_TRIANGLE_FAN：以扇形序列v0为起点，连接三角形。// GL_LINES:绘制直线// GL_LINE_STRIP// }void onResize(int width,int height)
{GL_CALL(glViewport(0, 0, width, height));cout << "onResize " << endl;
}void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* win, int width, int height)
{std::cout << "窗体的最新大小为：" << width << "高度为：" << height << std::endl;//更新窗体的大小glViewport(0, 0, width, height);}void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods){// key 字母按键码 // scancode 物理按键码 // action：0抬起1按下2长按// mods：是否有shift（1）或ctrl（2） cout << "key = " << key << " scancode = " << scancode << " action = " << action << " mods = " << mods << endl;if (key == GLFW_KEY_W){//按下了w}else if (action == GLFW_PRESS){//按下了}else if (action == GLFW_RELEASE){//抬起}}int main(int argc,char**argv)
{cout << "===================================" << endl;if (app->init(800,600) == -1){return -1;}//设置监听帧缓冲窗口大小回调函数。//glfwSetFramebufferSizeCallback(win, frameBufferSizeCallback);//glfwSetKeyCallback(win, keyCallback);app->setResizeCallBack(onResize);app->setkeyCallBack(keyCallback);//设置OpenGL视口以及清理颜色glViewport(0,0,800,600);glClearColor(0.2f,0.3f,0.3f,1.0f);prepareShader();prepareVAOForTriangles();// 3. 执行窗体循环// while (app->update() == 0 ){render();}// 4. 退出程序前做相关清理app->destroy();cout << "===================================" << endl;//const double M_PI = 3.14159265358979323846;//double radians = M_PI / 2; // 90度，转换为弧度//double sineValue = sin(radians);//std::cout << "sin(" << radians << ") = " << sineValue << std::endl;//system("pause");return 0;
}