【QT】——OpenGL学习（一）

OpenGL简介

OpenGL（英语：Open Graphics Library，译名：开放图形库或者“开放式图形库”）是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。
这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来绘制从简单的图形比特到复杂的三维景象。而另一种程序接口系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发。
OpenGL的高效实现（利用了图形加速硬件）存在于Windows，部分UNIX平台和Mac OS。这些实现一般由显示设备厂商提供，而且非常依赖于该厂商提供的硬件。开放源代码库Mesa是一个纯基于软件的图形API，它的代码兼容于OpenGL。但是，由于许可证的原因，它只声称是一个“非常相似”的API。

Qt中的OpenGL

通过继承QOpenGLWidget和QOpenGLExtraFunctions，重载void initializeGL(),void paintGL()还有void resizeGL(int w, int h)三个函数进行绘图

创建一个QWidget

继承QOpenGLWidget和QOpenGLExtraFunctions

#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLExtraFunctions>class OpenGLWidget : public QOpenGLWidget, public QOpenGLExtraFunctions

重载initializeGL(),paintGL()和resizeGL(int w, int h)

protected:virtual void initializeGL() override;virtual void resizeGL(int x, int y) override;virtual void paintGL() override;

在initializeGL()函数中做一些基本的初始化
OpenGL本身的API只提供了“函数定义”，所以所有的实现实际上是操作系统或者其它库的工作。
初始化OpenGL函数的目的，就是加载这些OpenGL的实现。

initializeOpenGLFunctions();

设置一些OpenGL的特性，例如深度测试。
深度测试是指，“近处的物体会遮挡远处的物体”这种在现实中最为基础的法则。

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

设置一下刷新时的背景颜色,四个参数分别为R，G，B，A，的值，取值范围[0, 1]。

glClearColor(0, 0.5, 0.7, 1);

创建缓存

OpenGL的世界中，想要绘制3D图像，3个点，就可以确认一个三角形。将顶点中的x，y，z每个值，一个一个的放到缓存中。
OpenGL中存在两个概念：
VAO指的是顶点列表对象，VBO指的是顶点缓存对象。
VAO可以帮助我们在绘制多个3D物品时，将各自物品的绘制状态给隔离。即：每个物品都可以有自己的顶点缓存，shader，以及其它的各种各样的状态。VAO会帮你把这些状态保存下来，下一次执行的时候，你就不需要重复的设置这些状态了。简单来说就是：一次设置，到处使用。

#include <QOpenGLVertexArrayObject>
#include <QOpenGLBuffer>QOpenGLVertexArrayObject m_vao;
QOpenGLBuffer m_vbo;m_vao.create();
m_vbo.create();

Shader

需要使用Shader控制渲染流程。在Qt中，提供了QOpenGLShaderProgram类帮助用户来使用shader。
in 用在函数的参数中，表示这个参数是输入的，在函数中改变这个值，并不会影响对调用的函数产生副作用。（相当于C语言的传值），这个是函数参数默认的修饰符
out 用在函数的参数中，表示该参数是输出参数，值是会改变的。

图形处理之Shader语言（一）GLSL语法篇

#include <QOpenGLShaderProgram>QOpenGLShaderProgram *m_program;m_program = new QOpenGLShaderProgram();///gl_Position  vec4    输出属性-变换后的顶点的位置，用于后面的固定的裁剪等操作。/// 所有的顶点着色器都必须写这个值。/// 顶点着色器(Vertex Shader)m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex, u8R"(#version 330 core
in vec3 vPos;
in vec2 vTexture;
out vec2 oTexture;
void main()
{gl_Position = vec4(vPos, 1.0);oTexture = vTexture;
})");///sampler2D  二维纹理句柄/// uniform   一致变量。这个值在编译时期是未知的是由着色器外部初始化的。///只能在全局范围进行声明。///gl_FragColor vec4    输出的颜色用于随后的像素操作///  Fragment Shader(片段着色器)m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment, u8R"(#version 330 core
in vec2 oTexture;
uniform sampler2D uTexture;
void main()
{gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);//gl_FragColor = texture(uTexture, oTexture);
}
)");

顶点缓存

一个一维数组，存储了顶点信息

float _vertex[] = {-0.5, -0.5, 0.0,-0.5,  0.5, 0.0,0.5,  0.5, 0.0,0.5, -0.5, 0.0,
};

可以将其看作四个点，按照x，y，z，x，y，z，x，y，z这个顺序排列。

使用vPos这个输入变量的名字来告诉OpenGL，我们的顶点缓存中，是按照vPos这个变量的类型，即vec3的标准来保存顶点信息的。

m_program->bind();
// 绑定顶点坐标信息, 从0 * sizeof(float)字节开始读取3个float, 因为一个顶点有3个float数据, 所以下一个数据需要偏移3 * sizeof(float)个字节
m_program->setAttributeBuffer("vPos", GL_FLOAT, 0, 3, 3 * sizeof(float));
m_program->enableAttributeArray("vPos");

释放VAO和Shader

m_program->release();
m_vao.release();

完整的初始化代码

void OpenGLWidget::initializeGL()
{initializeOpenGLFunctions();glEnable(GL_DEPTH_TEST);glClearColor(0, 0.5, 0.7, 1);m_vao.create();m_vbo.create();m_program = new QOpenGLShaderProgram();///gl_Position  vec4    输出属性-变换后的顶点的位置，用于后面的固定的裁剪等操作。/// 所有的顶点着色器都必须写这个值。/// 顶点着色器(Vertex Shader)m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex, u8R"(#version 330 core
in vec3 vPos;
in vec2 vTexture;
out vec2 oTexture;
void main()
{gl_Position = vec4(vPos, 1.0);oTexture = vTexture;
})");///sampler2D  二维纹理句柄/// uniform   一致变量。这个值在编译时期是未知的是由着色器外部初始化的。///只能在全局范围进行声明。///gl_FragColor vec4    输出的颜色用于随后的像素操作///  Fragment Shader(片段着色器)m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment, u8R"(#version 330 core
in vec2 oTexture;
uniform sampler2D uTexture;
void main()
{gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);//gl_FragColor = texture(uTexture, oTexture);
}
)");m_program->link();float _vertex1[] = {-0.5, -0.5, 0.0,-0.5,  0.5, 0.0,0.5,  0.5, 0.0,0.5, -0.5, 0.0,};// 顶点缓存中前三个是顶点坐标, 后两个是纹理坐标, 一个顶点由5个float值组成float _vertex0[] = {//  顶点        纹理-1,  1, 0,   0, 1, // 左上-1, -1, 0,   0, 0, // 左下1, -1, 0,    1, 0, // 右下1,  1, 0,    1, 1, // 右上};m_vao.bind();m_vbo.bind();//m_vbo.allocate(_vertex, 9 * sizeof(float));m_vbo.allocate(_vertex1, sizeof(_vertex1));m_program->bind();// 绑定顶点坐标信息, 从0 * sizeof(float)字节开始读取3个float, 因为一个顶点有5个float数据, 所以下一个数据需要偏移3 * sizeof(float)个字节m_program->setAttributeBuffer("vPos", GL_FLOAT, 0, 3, 3 * sizeof(float));m_program->enableAttributeArray("vPos");m_program->release();m_vao.release();}

绘制图形

void OpenGLWidget::paintGL()
{m_vao.bind();m_program->bind();glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);//GL_TRIANGLE_FAN绘制各三角形形成一个扇形序列，以v0为起始点，（v0，v1，v2）、（v0，v2，v3）、（v0，v3，v4）。m_program->release();m_vao.release();
}

一般情况下有三种绘制一系列三角形的方式，分别是

GL_TRIANGLES
GL_TRIANGLE_STRIP
GL_TRIANGLE_FAN

GL_TRIANGLES是以每三个顶点绘制一个三角形。第一个三角形使用顶点v0,v1,v2,第二个使用v3,v4,v5,以此类推。如果顶点的个数n不是3的倍数，那么最后的1个或者2个顶点会被忽略。
GL_TRIANGLE_STRIP则稍微有点复杂。

其规律是：
构建当前三角形的顶点的连接顺序依赖于要和前面已经出现过的2个顶点组成三角形的当前顶点的序号的奇偶性（如果从0开始）：

如果当前顶点是奇数：组成三角形的顶点排列顺序：T = [n-1、n-2、n].
如果当前顶点是偶数：组成三角形的顶点排列顺序：T = [n-2、n-1、n].

以上图为例，第一个三角形，顶点v2序号是2，是偶数，则顶点排列顺序是v0,v1,v2。第二个三角形，顶点v3序号是3，是奇数，则顶点排列顺序是v2,v1,v3,第三个三角形，顶点v4序号是4，是偶数，则顶点排列顺序是v2,v3,v4,以此类推。
注意：顶点个数n至少要大于3，否则不能绘制任何三角形。

GL_TRIANGLE_FAN绘制各三角形形成一个扇形序列，以v0为起始点，（v0，v1，v2）、（v0，v2，v3）、（v0，v3，v4）。

运行结果

参考学习

在Qt中使用OpenGL（一）
在Qt中使用OpenGL（二）
理解GL_TRIANGLES、GL_TRIANGLE_STRIP、GL_TRIANGLE_FAN绘制三角形序列的三种方式