OpenGL学习笔记：使用深度缓冲(Depth Buffer)创建一个旋转的立方体

如果不使用深度缓冲，创建的立方体的某些本应被遮挡住的面被绘制在了这个立方体其他面之上。OpenGL是一个三角形一个三角形地来绘制你的立方体的，所以即便之前那里有东西它也会覆盖之前的像素。因为这个原因，有些三角形会被绘制在其它三角形上面，虽然它们本不应该是被覆盖的。
幸运的是，OpenGL存储深度信息在一个叫做Z缓冲(Z-buffer)的缓冲中，它允许OpenGL决定何时覆盖一个像素而何时不覆盖。通过使用Z缓冲，我们可以配置OpenGL来进行深度测试。
OpenGL存储它的所有深度信息于一个Z缓冲(Z-buffer)中，也被称为深度缓冲(Depth Buffer)。GLFW会自动为你生成这样一个缓冲（就像它也有一个颜色缓冲来存储输出图像的颜色）。深度值存储在每个片段里面（作为片段的z值），当片段想要输出它的颜色时，OpenGL会将它的深度值和z缓冲进行比较，如果当前的片段在其它片段之后，它将会被丢弃，否则将会覆盖。这个过程称为深度测试(Depth Testing)，它是由OpenGL自动完成的。

然而，如果我们想要确定OpenGL真的执行了深度测试，首先我们要告诉OpenGL我们想要启用深度测试；它默认是关闭的。我们可以通过glEnable函数来开启深度测试。glEnable和glDisable函数允许我们启用或禁用某个OpenGL功能。这个功能会一直保持启用/禁用状态，直到另一个调用来禁用/启用它。现在我们想启用深度测试，需要开启GL_DEPTH_TEST：
glEnable(GL_DEPTH_TEST);

因为我们使用了深度测试，我们也想要在每次渲染迭代之前清除深度缓冲（否则前一帧的深度信息仍然保存在缓冲中）。就像清除颜色缓冲一样，我们可以通过在glClear函数中指定DEPTH_BUFFER_BIT位来清除深度缓冲：
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>#include <iostream>
#include <windows.h>#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;// 定义顶点着色器
// 在顶点着色器中定义一个uniform变量用来传递变换矩阵
// 然后用变换矩阵乘以位置向量得到变换后的位置向量赋值给gl_Position
// 注意乘法要从右向左读
const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
"layout (location = 1) in vec2 aTexCoord;\n"
"out vec2 TexCoord;\n"
"uniform mat4 model;\n"
"uniform mat4 view;\n"
"uniform mat4 projection; \n"
"void main()\n"
"{\n"
"   gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);\n"
"  TexCoord = vec2(aTexCoord.x, aTexCoord.y);\n"
"}\0";// 定义片段着色器
// texture是GLSL内建的采样纹理颜色的函数
// 它第一个参数是纹理采样器，第二个参数是对应的纹理坐标。
// texture函数会使用之前设置的纹理参数对相应的颜色值进行采样
// 最终输出颜色现在是两个纹理的结合。
// GLSL内建的mix函数需要接受两个值作为参数，并对它们根据第三个参数进行线性插值。
// 如果第三个值是0.0，它会返回第一个输入；如果是1.0，会返回第二个输入值。
// 0.2会返回80%的第一个输入颜色和20%的第二个输入颜色，即返回两个纹理的混合色。
const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
"in vec2 TexCoord;\n"
"out vec4 FragColor;\n"
"uniform sampler2D texture1;\n"
"uniform sampler2D texture2;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"  FragColor = mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, TexCoord), 0.2);\n"
"}\n\0";void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)
{// 每次窗口变化时重新设置图形的绘制窗口，可以理解为画布glViewport(0, 0, width, height);
}void processInput(GLFWwindow *window)
{if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_SPACE) == GLFW_PRESS)glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}int main(int argc, char **argv)
{// 初始化，配置版本号，配置核心模式glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 创建窗口GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "mytest", NULL, NULL);if (!window){std::cout << "Create Window Error!\n";glfwTerminate();return -1;}glfwMakeContextCurrent(window);// 注册窗口大小变化的回调函数glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);// 初始化glad// 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，它根据我们编译的系统定义了正确的函数。if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)){std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;glfwTerminate();glfwDestroyWindow(window);return -1;}unsigned int vertexShader;// 创建一个顶点着色器// 给着色器附加源码// 编译着色器vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);glCompileShader(vertexShader);int success;char infoLog[512] = { 0 };// 获取着色器编译状态glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success){// 如果编译错误，获取错误信息glGetShaderInfoLog(vertexShader, sizeof(infoLog), NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;}// 编译片段着色器，过程如上面的顶点着色器int fragmentShader;fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);glCompileShader(fragmentShader);glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success){memset(infoLog, 0, sizeof(infoLog));glGetShaderInfoLog(fragmentShader, sizeof(infoLog), NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;}/* 创建好着色器后，要将多个着色器链接为一个着色器程序对象 */// 创建一个着色器程序对象unsigned int shaderProgram;shaderProgram = glCreateProgram();// 添加着色器到着色器程序对象glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);// 链接它们glLinkProgram(shaderProgram);// 与编译着色器一样，需要检测链接是否成功glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);if (!success){memset(infoLog, 0, sizeof(infoLog));glGetProgramInfoLog(shaderProgram, sizeof(infoLog), NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINK_FAILED\n" << infoLog << std::endl;}// 链接成功后就可以激活着色器程序glUseProgram(shaderProgram);// 至此，我们已经不需要之前的两个片段着色器了，就删了吧glDeleteShader(vertexShader);glDeleteShader(fragmentShader);// 加载图片纹理// 加载图片可以自己写，也可以使用库，什么方式不重要，只要能把图片读取到内存就行int width, height, nrChannels;unsigned char *data = stbi_load("container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);if (!data){std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;// 由于是示例代码，错误处理就不做了，直接退出return 0;}// 创建一个纹理内存对象unsigned int texture1;glGenTextures(1, &texture1);// 绑定纹理对象glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);// 与之前的单一纹理不同，我们需要为每个纹理设置属性// 因此，需要将设置纹理属性的代码放在纹理对象绑定之后，下一个纹理对象绑定之前// 不知道为什么这样，我在纹理对象绑定之前设置纹理属性也没什么问题// 估计应该是如果纹理属性一样设置一个就行了，如果不一样需要分别设置// 但他是怎么找到不同的纹理属性的呢？搞不懂，看来需要等OpenGL使用熟练以后深扒其机制的时候才能搞懂了glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_MIRRORED_REPEAT);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_MIRRORED_REPEAT);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);// 图片生成纹理之后就用不掉了，可以删掉了stbi_image_free(data);// 因为OpenGL要求y轴0.0坐标是在图片的底部的，但是图片的y轴0.0坐标通常在顶部。// 为防止图像颠倒，在图像加载时翻转y轴stbi_set_flip_vertically_on_load(true);data = stbi_load("awesomeface.png", &width, &height, &nrChannels, 0);if (!data){std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;// 由于是示例代码，错误处理就不做了，直接退出return 0;}// 创建一个纹理内存对象unsigned int texture2;glGenTextures(1, &texture2);// 绑定纹理对象glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_MIRRORED_REPEAT);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_MIRRORED_REPEAT);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);// 图片生成纹理之后就用不掉了，可以删掉了stbi_image_free(data);// 启用深度测试glEnable(GL_DEPTH_TEST);// 使用纹理// 首先定义包含纹理坐标的顶点数组float vertices[] = {//     ---- 位置 ----     - 纹理坐标 --0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 0.0f,0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,-0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,-0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,-0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,-0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,-0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,-0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,-0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,-0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f};// 定义索引数组，就是每个三角形都用哪三个点unsigned int indices[] = { // 注意索引从0开始! 0, 1, 3, // 第一个三角形1, 2, 3  // 第二个三角形};unsigned int VBO;unsigned int VAO;unsigned int EBO;// 创建一个内存缓冲对象glGenBuffers(1, &VBO);// 创建一个索引缓冲对象glGenBuffers(1, &EBO);// 创建一个顶点数组对象glGenVertexArrays(1, &VAO);// 首先绑定顶点数组对象，，。glBindVertexArray(VAO);// 然后将内存对象绑定为顶点缓冲对象glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);// 向缓冲内存写入数据glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);// 本例中，我们还要为索引缓冲对象绑定内存对象glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);// 向索引缓冲对象写入数据glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);// 位置属性glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)0);glEnableVertexAttribArray(0);// 颜色属性glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));glEnableVertexAttribArray(1);// 请注意，这是允许的，// 对glVertexAttribPointer的调用将VBO注册为顶点属性的绑定顶点缓冲区对象，// 因此我们可以安全地解除绑定glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);// 您可以在之后取消绑定VAO，以便其他VAO调用不会意外地修改此VAO，但这种情况很少发生。// 修改其他VAO需要调用glBindVertexArray，因此我们通常不会在不直接需要时取消绑定VAO（也不是VBO）。glBindVertexArray(0);// 激活着色器程序glUseProgram(shaderProgram);// 设置每个采样器的方式告诉OpenGL每个着色器采样器属于哪个纹理单元// 我们只需要设置一次即可，所以这个会放在渲染循环的前面glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "texture1"), 0);glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "texture2"), 1);// 创建渲染循环while (!glfwWindowShouldClose(window)){// 处理输入事件processInput(window);// 清空背景颜色// 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(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);// 由于我们使用了深度测试，所以需要再与上一个GL_DEPTH_BUFFER_BIT清楚深度缓冲glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);/*****************************************************************OpenGL至少保证有16个纹理单元供你使用，也就是说你可以激活从GL_TEXTURE0到GL_TEXTRUE15。它们都是按顺序定义的，所以我们也可以通过GL_TEXTURE0 + 8的方式获得GL_TEXTURE8，这在当我们需要循环一些纹理单元的时候会很有用。*******************************************************************/// 在绑定纹理之前先激活纹理单元glActiveTexture(GL_TEXTURE0);// 绑定纹理，自动把纹理赋值给片段着色器的采样器glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);glActiveTexture(GL_TEXTURE1);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);// 首先创建一个模型矩阵。这个模型矩阵包含了位移、缩放与旋转操作，// 它们会被应用到所有物体的顶点上，以变换它们到全局的世界空间// 这里是围绕x轴旋转55度glm::mat4 model(1.0f);model = glm::rotate(model, (float)glfwGetTime() * glm::radians(50.0f), glm::vec3(0.5f, 1.0f, 0.0f));// 观察矩阵，下节细讲// 注意，我们将矩阵向我们要进行移动场景的反方向移动。glm::mat4 view(1.0f);view = glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));// 最后需要一个投影矩阵glm::mat4 projection(1.0f);projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), 800.0f / 600.0f, 0.1f, 100.0f);glUseProgram(shaderProgram);// 每个矩阵对应一个uniform，这里是将矩阵赋值给着色器的uniformint modelLoc = glGetUniformLocation(shaderProgram, "model");glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));int modelView = glGetUniformLocation(shaderProgram, "view");glUniformMatrix4fv(modelView, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));int modelProj = glGetUniformLocation(shaderProgram, "projection");glUniformMatrix4fv(modelProj, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));glBindVertexArray(VAO);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);//  glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);glfwPollEvents();glfwSwapBuffers(window);Sleep(1);}glDeleteVertexArrays(1, &VAO);glDeleteBuffers(1, &VBO);glfwTerminate();glfwDestroyWindow(window);return 0;
}

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