OpenGL简介

OpenGL 全称Open Graphics Library，一种用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。由1992年成立的OpenGL架构评审委员会（ARB）维护。
OpenGL是使用“客户端—服务端”的形式实现的，我们编写的 应用程序 可以看作客户端，而计算机图形硬件厂商（如：英伟达）所提供的OpenGL实现可以看作服务端。

OpenGL渲染管线

OpenGL实现了我们通常所说的渲染管线（rendering pipeline），它是一系列数据处理过程，并且将应用程序 的数据转化到最终渲染的图像。
OpenGL渲染管线 如下图所示：

这里有一个OpenGL最本质的概念–着色器（Shader），它是图形硬件设备所执行的一类特殊函数。
理解 着色器 最好的方法是：把它看作专为 图形处理单元（GPU） 编译的一种小程序。

OpenGL在其内部包含了所有的 编译器工具，可以直接从着色器源代码创建GPU所需的编译代码，并执行。

着色器编译命令序列 如下图所示：

/*关于上图 “着色器编译命令序列” 举例
*/#define GLSL_STR(a) (#a)const char* ShaderSource = GLSL_STR(#version 430 core\nlayout(location=0)in vec4 vPosition;void main(){gl_Position = vPosition;}   );  GLuint program = glCreateProgram();GLuint shader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);//顶点着色器glShaderSource(shader, 1, &ShaderSource, 0);glCompileShader(shader);GLint complied;glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &complied);if (!complied){//do something when compile failed}glAttachShader(program, shader);glLinkProgram(program);GLint linked;glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &linked);if (!linked){//do something when link failed}glUseProgram(program);

第一个OpenGL程序

红宝书的第一个程序，两个蓝色三角形。
由于红宝书附带的源码牵扯一些其它文件，此处我稍做了修改，放到了同一个文件中，看起来更直观，可不用配置，直接编译运行。

#include <iostream>
#include <gl/glew.h>
#include <gl/glut.h>
#include <gl/freeglut_ext.h>#pragma comment(lib, "glew32.lib")namespace
{
//为了方便编写shader，定义一个宏
#define GLSL_STR(a)  (#a)GLuint VAO, VBO;const GLint NumVertices = 6;//顶点数量struct ShaderInfo{GLenum type;const char* source;};//顶点着色器const char* vShader = GLSL_STR(#version 430 core\nlayout(location = 0) in vec4 vPos;void main(){gl_Position = vPos;});//片元着色器const char* fShader = GLSL_STR(#version 430 core\nout vec4 fColor;void main(){fColor = vec4(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);});// 着色器编译命令序列GLuint createProgram(ShaderInfo* shaders){if (!shaders) return 0;GLuint program = glCreateProgram();while (shaders->type != GL_NONE){GLuint shader = glCreateShader(shaders->type);glShaderSource(shader, 1, &shaders->source, 0);glCompileShader(shader);GLint compiled;glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &compiled);if (!compiled){return 0;}glAttachShader(program, shader);++shaders;}glLinkProgram(program);GLint linked;glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &linked);if (!linked){return 0;}return program;}void init(){ShaderInfo shaders[] ={{ GL_VERTEX_SHADER, vShader },{ GL_FRAGMENT_SHADER, fShader },{ GL_NONE, NULL }};GLfloat  vertices[NumVertices][2] = {{ -0.90, -0.90 },  // Triangle 1  左下部分{ 0.85, -0.90 },{ -0.90,  0.85 },{ 0.90, -0.85 },  // Triangle 2  右上部分{ 0.90,  0.90 },{ -0.85,  0.90 }};glGenVertexArrays(1, &VAO);glBindVertexArray(VAO);glGenBuffers(1, &VBO);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);//将应用程序中的 数据 导入 GPU bufferglBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);GLuint program = createProgram(shaders);glUseProgram(program);//将buffer中的数据 与 顶点属性 0（layout(location = 0) in vec4 vPos;）关联//第一个参数0，对应location=0glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);//启用顶点属性数组，默认关闭，0同上glEnableVertexAttribArray(0);glClearColor(0.8, 0.2, 0.0, 1.0);//设置暗红色背景}void display(){//清除颜色缓存，缓存类型还有 深度缓存（GL_DEPTH_BUFFER_BIT）、模板缓存（GL_STENCIL_BUFFER_BIT)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glBindVertexArray(VAO);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, NumVertices);//绘制三角形glFlush();}
}int main(int argc, char* argv[])
{glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA); //显示模式glutInitWindowSize(720, 576);//窗口宽 高glutInitWindowPosition(100, 100);//窗口坐标glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE);//核心模式，还有一种“兼容模式GLUT_COMPATIBILITY_PROFILE"glutInitContextVersion(4, 3);//OpenGL版本，对应shader程序#version 430 coreglutCreateWindow("Triangles");//创建窗口，名称TrianglesglewExperimental = true;if (glewInit())//初始化GLEW{std::cout << "glew init failed..." << std::endl;}init();glutDisplayFunc(display);//显示回调函数，每次更新窗口内容时，自动调用glutMainLoop();//无限执行循环return 0;
}

运行结果如下：

着色器程序说明

上述程序中使用了两个着色器程序：顶点着色器程序、片元着色器程序，下面我们就这两个程序，简单做个说明。

顶点着色器

 const char* vShader = GLSL_STR(#version 430 core\nlayout(location = 0) in vec4 vPos;void main(){gl_Position = vPos;});

这是一个传递着色器（pass-through shader）的例子，它只负责将数据拷贝到输出数据中。

第一行”#version 430 core“ ,指定OpenGL 4.3 版本对应的GLSL语言，core代表OpenGL核心模式。每个着色器程序第一行都应设置”#version …“, 否则系统会默认使用”110“版本，这与OpenGL核心模式不兼容。

第二行”layout(location = 0) in vec4 vPos;“，分配了一个着色器变量，着色器变量是着色器与外部世界的联系所在。
在着色器内部，直接获取输入类型着色器变量的数据，在外部（应用程序中），设置输入类型着色器变量的值。
此处，着色器变量名为vPos, 着色器流向为in，即输入类型, 数据类型为vec4，布局设定的位置属性为0。

第三行“void main()”，着色器在main()函数中去实现主体部分，无论哪种类型的着色器，都必须有一个空类型（void）的main()函数。

第五行：“gl_Position = vPos;”，将我们声明的输入着色器变量数据，传入OpenGL内置着色器变量中，OpenGL内置了很多着色器变量，均以 gl_ 作为前缀，如想了解，可翻阅红宝书附录 C。

片元着色器

 const char* fShader = GLSL_STR(#version 430 core\nout vec4 fColor;void main(){fColor = vec4(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);});

第二行“out vec4 fColor;”，声明一个输出类型的变量fColor，着色器将会把fColor对应的数值输出，而这也就是片元所对应的颜色值。

第五行“fColor = vec4(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);”，片元的颜色值（蓝色）。OpenGL中的颜色是通过RGBA颜色空间来设定的，每个颜色分量的范围都是[0,1]，如fColor( R=0.0, G=0.0, B=1.0, A=1.0)，此处 A（alpha值） 代表透明度，1.0代表完全不透明。

一些名词

VA0（vertex-array object）顶点数组对象，用来管理vbo。
VBO（vertex buffer object）顶点缓冲对象，用来缓存用户传入的顶点数据。
EBO（element buffer object）索引缓冲对象，用来存放顶点索引数据。

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