OpenGL 学习记录 #1
OpenGl的一些概念
核心模式与立即渲染模式
- 立即渲染模式（Immediate mode，也就是固定渲染管线）中，OpenGL的大多数功能都被库隐藏起来，开发者很少有控制OpenGL如何进行计算的自由
- OpenGL的核心模式中OpenGL迫使我们使用现代的函数。当我们试图使用一个已废弃的函数时，OpenGL会抛出一个错误并终止绘图。
扩展
一个显卡公司提出一个新特性或者渲染上的大优化，通常会以扩展的方式在驱动中实现
if(GL_ARB_extension_name)
{
// 使用硬件支持的全新的现代特性
}
else
{
// 不支持此扩展: 用旧的方式去做
}
状态机
OpenGL自身是一个巨大的状态机(State Machine)：一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL上下文(Context)。我们通常使用如下途径去更改OpenGL状态：设置选项，操作缓冲。最后，我们使用当前OpenGL上下文来渲染。当使用OpenGL的时候，我们会遇到一些状态设置函数(State-changing Function)，这类函数将会改变上下文
对象
OpenGl中的对象不是对象！
在OpenGL中一个对象是指一些选项的集合，它代表OpenGL状态的一个子集。比如，我们可以用一个对象来代表绘图窗口的设置，之后我们就可以设置它的大小、支持的颜色位数等等。可以把对象看做一个C风格的结构体(Struct)：
struct object_name {
float option1;
int option2;
char[] name;
};
一般对OpenGL的对象使用如下所示
// 定义OpenGL的状态
struct OpenGL_Context {
...
object* object_Window_Target;
...
};
// 创建对象
unsigned int objectId = 0;
glGenObject(1, &objectId);
// 绑定对象至上下文
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId);
// 设置当前绑定到 GL_WINDOW_TARGET 的对象的一些选项
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800);
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600);
// 将上下文对象设回默认
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0);
使用“对象”的一个好处是在程序中，我们不止可以定义一个对象，并设置它们的选项，每个对象都可以是不同的设置，需要什么绑定什么。比如说我们有一些作为3D模型数据（一栋房子或一个人物）的容器对象，在我们想绘制其中任何一个模型的时候，只需绑定一个包含对应模型数据的对象就可以了。
Create a window
重要的头文件：
glad.h
OpenGL只是一个标准/规范，具体的实现是由驱动开发商针对特定显卡实现的。由于OpenGL驱动版本众多，它大多数函数的位置都无法在编译时确定下来，需要在运行时查询。所以任务就落在了开发者身上，开发者需要在运行时获取函数地址并将其保存在一个函数指针中供以后使用。传统获取方式比较复杂，如：
// 定义函数原型
typedef void (*GL_GENBUFFERS) (GLsizei, GLuint*);
// 找到正确的函数并赋值给函数指针
GL_GENBUFFERS glGenBuffers = (GL_GENBUFFERS)wglGetProcAddress("glGenBuffers");
// 现在函数可以被正常调用了
GLuint buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);
glad开源服务地址
GLAD是一个开源的库，它能解决我们上面提到的那个繁琐的问题。GLAD的配置与大多数的开源库有些许的不同，GLAD使用了一个在线服务。在这里我们能够告诉GLAD需要定义的OpenGL版本，并且根据这个版本加载所有相关的OpenGL函数。
这里我们选取Core模式，OpenGL版本3.3以上。
GLAD现在应该提供给你了一个zip压缩文件，包含两个头文件目录，和一个glad.c文件。将两个头文件目录（glad和KHR）复制到你的Include文件夹中（或者增加一个额外的项目指向这些目录），并添加glad.c文件到你的工程中。
glfw3.h
GLFW库的引用文件，要用GLFW必须引用。注意，GLFW不单单为了opengl而生，GLFW同样可以运用于Vulkan之中代替SDL2,计划后期学习vulkan的时候同样采用GLFW进行界面的展现
创建窗口
- glfwInit（）:用于初始化GLFW
- glfwWindowHint（int hint， int value）：配置GLFW.第一个参数代表选项的名称，我们可以从很多以GLFW_开头的枚举值中选择；第二个参数接受一个整型，用来设置这个选项的值.
glfwInit();// 对glfw的初始化
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);//主版本号
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//副版本号
为了确保用户在没有适当的OpenGL版本支持的情况下无法运行，主版本号设置为4，副版本号设置为6（与glad的选取一致）。我们同样明确告诉GLFW我们使用的是核心模式(Core-profile)。明确告诉GLFW我们需要使用核心模式意味着我们只能使用OpenGL功能的一个子集（没有我们已不再需要的向后兼容特性）。如果使用的是Mac OS X系统，你还需要加下面这行代码到你的初始化代码中这些配置才能起作用glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
创建一个窗口对象：
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "Title", nullptr, nullptr)
这个函数有5个parameters：
- int Width
- int Height
- const char * Title
- GLFWmonitor * monitor
- GLFWwindow * share
这里倒数两个参数目前不考虑，后续继续学习。返回一个GLFWwindow对象的指针。
然后使得创建的对象or窗口在目前的Calling thread 上来
glfwMakeContextCurrent(window);
GLAD初始化
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
return -1;
}
我们给GLAD传入了用来加载系统相关的OpenGL函数指针地址的函数。GLFW给我们的是glfwGetProcAddress，注意这里有一个。类型的转换。
在我们开始渲染之前还有一件重要的事情要做，我们必须告诉OpenGL渲染窗口的尺寸大小，即视口(Viewport)，这样OpenGL才只能知道怎样根据窗口大小显示数据和坐标。我们可以通过调用glViewport函数来设置窗口的维度(Dimension)：
glViewport(0, 0, 800, 600);
OpenGL幕后使用glViewport中定义的位置和宽高进行2D坐标的转换，将OpenGL中的位置坐标转换为你的屏幕坐标。例如，OpenGL中的坐标(-0.5, 0.5)有可能（最终）被映射为屏幕中的坐标(200,450)。注意，处理过的OpenGL坐标范围只为-1到1，因此我们事实上将(-1到1)范围内的坐标映射到(0, 800)和(0, 600)。
接下来给窗口来点操作
我们为窗口reshape添加回调函数，原型是void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);此处的回调主要是为了让窗口的维度进行修改以适应新的大小
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height);
}
我们还需要注册这个函数，告诉GLFW我们希望每当窗口调整大小的时候调用这个函数：
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
准备好以上的内容后进入渲染循环
while(!glfwWindowShouldClose(window))
{
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
glfwWindowShouldClose(GLFWwindow* )函数在我们每次循环的开始前检查一次GLFW是否被要求退出，如果是的话该函数返回true然后渲染循环便结束了，之后为我们就可以关闭应用程序了glfwPollEvents()函数检查有没有触发什么事件（比如键盘输入、鼠标移动等）、更新窗口状态，并调用对应的回调函数（可以通过回调方法手动设置）glfwSwapBuffers(GLFWwindow*)函数会交换颜色缓冲（它是一个储存着GLFW窗口每一个像素颜色值的大缓冲），它在这一迭代中被用来绘制，并且将会作为输出显示在屏幕上
双缓冲(Double Buffer)：应用程序使用单缓冲绘图时可能会存在图像闪烁的问题。 这是因为生成的图像不是一下子被绘制出来的，而是按照从左到右，由上而下逐像素地绘制而成的。最终图像不是在瞬间显示给用户，而是通过一步一步生成的，这会导致渲染的结果很不真实。为了规避这些问题，我们应用双缓冲渲染窗口应用程序。前缓冲保存着最终输出的图像，它会在屏幕上显示；而所有的的渲染指令都会在后缓冲上绘制。 当所有的渲染指令执行完毕后，我们交换(Swap)前缓冲和后缓冲，这样图像就立即呈显出来，之前提到的不真实感就消除了。
当渲染循环结束后我们需要正确释放/删除之前的分配的所有资源。我们可以在main函数的最后调用glfwTerminate函数来完成。
glfwTerminate();
现在来讨论获取输入的方式。用GLFW的glfwGetKey函数，它需要一个窗口以及一个按键作为输入。这个函数将会返回这个按键是否正在被按下。函数原型是：int glfwGetKey(GLFWwindow * window, int key)。程序中定义了一个函数来处理按键按下的事件。要实现监听，需要在渲染循环的每一个迭代中调用processInput。
完成了事件的处理，现在可以考虑如何进行渲染了。我们要把所有的渲染(Rendering)操作放到渲染循环中，因为我们想让这些渲染指令在每次渲染循环迭代的时候都能被执行。大致代码结构如下：
// 渲染循环
while(!glfwWindowShouldClose(window))
{
// 输入
processInput(window);
// 渲染指令
...
// 检查并调用事件，交换缓冲
glfwPollEvents();
glfwSwapBuffers(window);
}
这里使用一个自定义的颜色清空屏幕。在每个新的渲染迭代开始的时候我们总是希望清屏，否则我们仍能看见上一次迭代的渲染结果。当然不排除需要这样操作的时候（乐）。调用glClear函数来清空屏幕的颜色缓冲，它接受一个缓冲位(Buffer Bit)来指定要清空的缓冲，可能的缓冲位有GL_COLOR_BUFFER_BIT，GL_DEPTH_BUFFER_BIT和GL_STENCIL_BUFFER_BIT。
温馨的英文注解：stencil n. 模板；蜡纸；图案
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
以上两个函数的原型为：
void glClearColor(GLfloat red, GLfloat green, GLfloat blue, GLfloat alpha)void glClear(GLbitfield mask)
由于现在我们只关心颜色值，所以我们只清空颜色缓冲。注意，除了glClear之外，我们还调用了glClearColor来设置清空屏幕所用的颜色。当调用glClear函数，清除颜色缓冲之后，整个颜色缓冲都会被填充为glClearColor里所设置的颜色。在这里，我们将屏幕设置为了类似黑板的深蓝绿色。
glClearColor函数是一个状态设置函数，而glClear函数则是一个状态使用的函数，它使用了当前的状态来获取应该清除为的颜色。
完整代码
#include "glad/glad.h"
#include "GLFW/glfw3.h"
#include <iostream>
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height);
}
void processInput(GLFWwindow* window)
{
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
//按下esc则退出
}
int main(){
glfwInit();// 对glfw的初始化
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);//主版本号
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//副版本号
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);//设置为Core模式
//创建一个窗口对象
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "Title", nullptr, nullptr);
//是否创建成功的判断
if (window == NULL)
{
std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
glfwTerminate();
return -1;
}
//使得创建的对象or窗口在目前的Calling thread 上来
glfwMakeContextCurrent(window);
//GLAD初始化
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
return -1;
}
//调整viewpoint大小
glViewport(0, 0, 800, 600);
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
//进入渲染循环
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
processInput(window);
glClearColor(0.2f,0.3f,0.3f,1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
glfwTerminate();
return 0;
}
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