OpenGL渲染基础

OpenGl渲染架构

OpenGl渲染架构.png

• Client：这里的客户端指的是我们在应用程序中编写的C/C++代码，以及OpenGL的相关API，这部分在CPU中执行。
• Server：服务端指的是 顶点着色器、细分着色器、几何着色器、图元设置、剪切、光栅化、片段着色器 这一系列的需要在GPU上执行的功能。（在硬件设施上执行的功能Graphics hardware）

Attributes：包含顶点数据、投影矩阵、模型矩阵、纹理坐标（图片映射坐标）等数据。
Uniforms：一般指一次性传入不再改变的数据（变换矩阵、颜色值等）。
Texture Data：可以传到顶点着色器但是没有意义。

投影（相关类GLFrustum）

• 正投影：

// 所传参数分别是是X、Y、Z的最小值和最大值
Void SetOrthographic(GLfloat xMin, GLfloat xMax, GLfloat yMin, GLfloat yMax, GLfloat zMin, GLfloat zMax) 
{... }

• 透视投影：

void SetPerspective(float fFov, float fAspect, float fNear, float fFar)
{... }

• fFov：垂直⽅向上的视场⻆度。
• fAspect：窗口的宽度（w）与高度(h)的比（纵横比）
• fNear：近裁剪面距离
• fFar：远裁剪面距离

OpenGL 着色器

• 1、固定存储着色器

GLShaderManager shaderManager;
shaderManager.InitializeStockShaders();

• 2、单元着色器（GLT_SHADER_IDENTITY）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY, vColor[4]);

GLT_SHADER_IDENTITY：着色器种类 单元着色器
vColor[4]：颜色
使用场景：绘制默认OpenGL坐标系(-1,1)下图形，图形所有片段都会以一种颜色填充。

• 3、平⾯着色器（GLT_SHADER_FLAT）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,  mvp[16], vColor[4]);

GLT_SHADER_FLAT：着色器种类 平⾯着色器
mvp[16]：允许变化的4x4矩阵
vColor[4]：颜色
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。

• 4、上色着色器（GLT_SHADER_SHADED）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_SHADED,  mvp[16]);

GLT_SHADER_SHADED：着色器种类 上色着色器
mvp[16]：允许变化的4x4矩阵
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。颜色将会平滑的填充到顶点之间，称为平滑着色

• 5、默认光源着色器（GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT,  mvMatrix[16], pMatrix[16], vColor[4]);

GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT：着色器种类 默认光源着色器
mvMatrix[16]：模型4x4矩阵
pMatrix[16]：投影4x4矩阵
vColor[4]：颜色
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。这种着色器绘制的图形产生阴影和光照的效果。

• 6、点光源着色器（GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIEF）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIEF,  mvMatrix[16], pMatrix[16]，vLightPos[3], vColor[4]);

GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIEF：着色器种类 点光源着色器
mvMatrix[16]：模型4x4矩阵
pMatrix[16]：投影4x4矩阵
vLightPos[3]：点光源的位置
vColor[4]：漫反射颜色值
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。这种着色器绘制的图形产生阴影和光照的效果。跟默认光源着色器非常类似，区别是光源位置可能是特定的

• 7、纹理替换矩阵着色器（GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE,  mvMatrix[16], nTextureUnit);

GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE：着色器种类 纹理替换矩阵着色器
mvMatrix[16]：模型4x4矩阵
nTextureUnit：纹理单元
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。这种着色器通过给定的模型视图投影矩阵，使用纹理单元来进行颜色填充。其中每个像素点的颜色是从纹理中获取。

• 8、纹理调整着色器（GLT_SHADER_TEXTURE_MODULATE）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_MODULATE,  mvMatrix[16]，vColor[4], nTextureUnit);

GLT_SHADER_TEXTURE_MODULATE：着色器种类 纹理调整着色器
mvMatrix[16]：模型4x4矩阵
vColor[4]：颜色值
nTextureUnit：纹理单元
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。这种着色器通过给定的模型视图投影矩阵，着色器将一个基本色乘以一个取之纹理单元nTextureUnit的纹理，将颜色与纹理混合后才填充到片段中。

• 9、纹理光源着色器（GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIEF）

shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIEF,  mvMatrix[16]，pMatrix[16]，vLightPos[3], vBaseColor[4], nTextureUnit);

GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIEF：着色器种类 纹理光源着色器
mvMatrix[16]：模型4x4矩阵
pMatrix[16]：投影4x4矩阵
vLightPos[3]：点光源位置
vBaseColor[4]：颜⾊值(几何图形的基本⾊)
nTextureUnit：纹理单元
使用场景：在绘制图形时，可以应用于变换（模型/投影变化）。这种着色器通过给定的模型视图投影矩阵，着色器将一个纹理通过漫反射照明计算进行调整（相乘）。

OpenGL 7种基本图元

• GL_POINTS：每个顶点在屏幕上都是单独点。
• GL_LINES：每一对顶点定义一个线。
• GL_LINE_STRIP：从第一个顶点依次经过每一个后续顶点而绘制的线条。
• GL_LINE_LOOP：和GL_LINE_STRIP相同,但是最后⼀个顶点和第一个顶点连接起来了。
• GL_TRIANGLES：每3个顶点定义一个新的三角形。
• GL_TRIANGLE_STRIP：共⽤一个条带(strip)上的顶点的一组三角形。
• GL_TRIANGLE_FAN：以⼀个圆点为中心呈扇形排列，共用相邻顶点的⼀组三⻆形。

OpenGL点/线

• 点
  1、glPointSize(4.0f);：4.0f表示点的大小。
  2、gl_PointSize = 5.0：种模式下允许我们通过编程在顶点着⾊器或⼏何着⾊器中设置点⼤小。着⾊器内建变量: gl_PointSize，并且可以在着⾊器源码直接写。
• 线
  glLineWidth(2.5f);2.5f表示线的宽度。

OpenGL三角形

对于OpenGL 光栅化最欢迎的是三角形。3个顶点就能构成一个三⻆形。三⻆形类型来自于顶点。并不是所有的三角形都是正三角形等。

• 三角形环绕方式
  默认情况下，OpenGL认为逆时针方向环绕的面为正面。顺时针方向环绕的面为反面。当然也可以修改：
  glFrontFace(GL_CW);
GL_CW：告诉OpenGL 顺时针环绕的多边形为正⾯。
  GL_CCW：告诉OpenGL 逆时针环绕的多边形为正面。

三角形带

对于很多表面或者形状⽽言，我们会需要绘制⼏个相连的三角形。这时我们可以使用GL_TRIANGLE_STRIP图元绘制⼀串相连 三⻆形，从而节省⼤量的时间。

优点:
1、 用前3个顶点指定第1个三⻆形之后，对于接下来的每一个三⻆形，只需 要再指定1个顶点。需要绘制⼤量的三⻆形时，采用这种⽅法可以节省⼤量的程序代码和数据存储空间。
2、提供运算性能和节省带宽。更少的顶点意味着数据从内存传输到图形卡的速度更快，并且顶点着⾊器需要处理的次数也更少了。

三角形扇

对于很多表面或者形状⽽言，我们会需要绘制⼏个相连的三角形。 这时我们可以使用GL_TRIANGLE_FAN图元绘制⼀组围绕一 个中⼼点相连的三⻆形。

OpenGL ⼯具类 GLBatch

void Begin(GLenum primitive, GLuint nVerts, GLuint nTextureUnits = 0);

primitive：图元
nVerts：顶点数
nTextureUnits：⼀组或者2组纹理坐标(可选)

inline void CopyVertexData3f(GLfloat *vVerts) { ... }

• 复制顶点数据(一个由3分量x,y,z顶点组成的数组)。

inline void CopyNormalDataf(GLfloat *vNorms) { ... }

• 复制表面法线数据。

inline void CopyColorData4f(GLfloat *vColors) { ... }

• 复制颜色数据。

inline void CopyTexCoordData2f(GLfloat *vTex, GLuint uiTextureLayer) { ... }

• 复制纹理坐标数据。

void End(void);

• 结束数据复制。

virtual void Draw(void);

• 绘制图形。