OpenGL超级宝典 渲染管线（二）
2024-06-02 18:13:37
细分曲面着色器
细分曲面分成了三部分，
首先是细分曲面控制着色器，这个着色器主要是设置细分因子，也就是细分的程度。
然后是固定的细分曲面引擎，将接收到的贴片（patch）细分成点、线或者三角形
最后是细分曲面评估着色器，这里进行细分算法的编写，并且输出
自己封装的shader类（改进中…）
shader.h
#pragma once
#include "sb7.h"
#include <string>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <exception>
class Shader
{public:Shader();Shader(const std::string vertexPath, const std::string fragmentPath);Shader(const std::string vertexPath, const std::string tescPath, const std::string tesePath, const std::string fragmentPath);//设置顶点着色器void setVertexShder(const std::string vertexPath);//设置曲面细分控制着色器void setTescShader(const std::string tescPath);//设置曲面细分评估着色器void setTeseShader(const std::string tesePath);//设置片段着色器void setFragmentShader(const std::string fragmentPath);//program对象使用void use();
private:GLuint program;//源代码std::string shaderString;const char* shaderSource;//用于读取shader文件std::ifstream shaderFile;//转换源码std::stringstream shaderSStream;private://查错程序，是否有编译错误void checkCompileErrors(unsigned int ID, std::string type);
};
Shader.cpp
#include "Shader.h"Shader::Shader(){}Shader::Shader(const std::string vertexPath, const std::string fragmentPath)
{//创建程序对象program = glCreateProgram();setVertexShder(vertexPath);setFragmentShader(fragmentPath);}Shader::Shader(const std::string vertexPath, const std::string tescPath, const std::string tesePath, const std::string fragmentPath)
{//创建程序对象program = glCreateProgram();setVertexShder(vertexPath);setFragmentShader(fragmentPath);setTescShader(tescPath);setTeseShader(tesePath);
}//设置顶点着色器
void Shader::setVertexShder(const std::string vertexPath)
{//将上一个shader的源码清理shaderSStream.str("");memset(&shaderSource, '\0', sizeof(shaderSource));//vertex shaderif (!vertexPath.empty()) //判断文件路径是否为空{//打开文件shaderFile.open(vertexPath);//检测文件是否有误shaderFile.exceptions(std::ifstream::badbit || std::ifstream::failbit);try{if (!shaderFile.is_open()) //判断文件是否打开{throw std::exception("open vertex shader file fail");}//读取源代码到字符串流shaderSStream << shaderFile.rdbuf();//读取完毕，可以关闭文件了shaderFile.close();//将源代码输入到字符串中去shaderString = shaderSStream.str();//由于读取的是const char*类型的，所以用一个string转换一下shaderSource = shaderString.c_str();//创建顶点着色器对象GLuint vertexShader;vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);//将shader的源代码传递给shader对象glShaderSource(vertexShader, 1, &shaderSource, NULL);//编译着色器中的源代码glCompileShader(vertexShader);//将shader对象附加到program对象上去glAttachShader(program, vertexShader);//连接program对象上的shader对象glLinkProgram(program);//查错checkCompileErrors(program, "VERTEX");//可以把已经附加并且链接好的shader对象删除了glDeleteShader(vertexShader);}catch (const std::exception& e){std::cout << e.what() << std::endl;}}
}//设置曲面细分控制着色器
void Shader::setTescShader(const std::string tescPath)
{//将上一个shader的源码清理shaderSStream.str("");memset(&shaderSource, '\0', sizeof(shaderSource));//fragment shaderif (!tescPath.empty()) //判断文件路径是否为空{//文件路径不为空，打开文件shaderFile.open(tescPath);shaderFile.exceptions(std::ifstream::badbit || std::ifstream::failbit);try{if (!shaderFile.is_open()) //文件打开失败{throw std::exception("open tesc shader file fail");}//文件成功打开//字符串流读取文件中的数据shaderSStream << shaderFile.rdbuf();//读完了，把文件关了shaderFile.close();//把源代码读入字符串中去shaderString = shaderSStream.str();//把string转成系数需要的const char *类型shaderSource = shaderString.c_str();//创建shader对象GLuint tescShader;tescShader = glCreateShader(GL_TESS_CONTROL_SHADER);//将源代码读入shader对象glShaderSource(tescShader, 1, &shaderSource, NULL);//编译shader对象中的源码glCompileShader(tescShader);//将shader对象附加到program对象上去glAttachShader(program, tescShader);//链接program对象上的shader对象glLinkProgram(program);//查错checkCompileErrors(program, "PROGRAM");//完事，可以把shader对象删了glDeleteShader(tescShader);}catch (const std::exception& e){std::cout << e.what() << std::endl;}}
}//设置曲面细分评估着色器
void Shader::setTeseShader(const std::string tesePath)
{//将上一个shader的源码清理shaderSStream.str("");memset(&shaderSource, '\0', sizeof(shaderSource));//fragment shaderif (!tesePath.empty()) //判断文件路径是否为空{//文件路径不为空，打开文件shaderFile.open(tesePath);shaderFile.exceptions(std::ifstream::badbit || std::ifstream::failbit);try{if (!shaderFile.is_open()) //文件打开失败{throw std::exception("open tese shader file fail");}//文件成功打开//字符串流读取文件中的数据shaderSStream << shaderFile.rdbuf();//读完了，把文件关了shaderFile.close();//把源代码读入字符串中去shaderString = shaderSStream.str();//把string转成系数需要的const char *类型shaderSource = shaderString.c_str();//创建shader对象GLuint teseShader;teseShader = glCreateShader(GL_TESS_EVALUATION_SHADER);//将源代码读入shader对象glShaderSource(teseShader, 1, &shaderSource, NULL);//编译shader对象中的源码glCompileShader(teseShader);//将shader对象附加到program对象上去glAttachShader(program, teseShader);//链接program对象上的shader对象glLinkProgram(program);//查错checkCompileErrors(program, "PROGRAM");//完事，可以把shader对象删了glDeleteShader(teseShader);}catch (const std::exception& e){std::cout << e.what() << std::endl;}}
}//设置片段着色器
void Shader::setFragmentShader(const std::string fragmentPath)
{//将上一个shader的源码清理shaderSStream.str("");memset(&shaderSource, '\0', sizeof(shaderSource));//fragment shaderif (!fragmentPath.empty()) //判断文件路径是否为空{//文件路径不为空，打开文件shaderFile.open(fragmentPath);shaderFile.exceptions(std::ifstream::badbit || std::ifstream::failbit);try{if (!shaderFile.is_open()) //文件打开失败{throw std::exception("open fragment shader file fail");}//文件成功打开//字符串流读取文件中的数据shaderSStream << shaderFile.rdbuf();//读完了，把文件关了shaderFile.close();//把源代码读入字符串中去shaderString = shaderSStream.str();//把string转成系数需要的const char *类型shaderSource = shaderString.c_str();//创建shader对象GLuint fragmentShader;fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);//将源代码读入shader对象glShaderSource(fragmentShader, 1, &shaderSource, NULL);//编译shader对象中的源码glCompileShader(fragmentShader);//将shader对象附加到program对象上去glAttachShader(program, fragmentShader);//链接program对象上的shader对象glLinkProgram(program);//查错checkCompileErrors(program, "PROGRAM");//完事，可以把shader对象删了glDeleteShader(fragmentShader);}catch (const std::exception& e){std::cout << e.what() << std::endl;}}
}void Shader::use()
{glUseProgram(program);
}/*
* 查错
*/
void Shader::checkCompileErrors(unsigned int ID, std::string type)
{int success;char infoLog[512];if (type != "PROGRAM"){glGetShaderiv(ID, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success){glGetShaderInfoLog(ID, 512, NULL, infoLog);std::cout << "shader compile error: " << infoLog << std::endl;}}else{glGetProgramiv(ID, GL_LINK_STATUS, &success);if (!success){glGetProgramInfoLog(ID, 512, NULL, infoLog);std::cout << "program linking error: " << infoLog << std::endl;}}
}
shader
vertex shader
#version 450 core
//VAO的0个位置的数据
layout(location = 0) in vec4 offset;
layout(location = 1) in vec4 color;void main()
{const vec4 vertices[3] = vec4[3](vec4(0.25, -0.25, 0.5, 1.0),vec4(-0.25, -0.25, 0.5, 1.0),vec4(0.25, 0.25, 0.5, 1.0));gl_Position = vertices[gl_VertexID] + offset;
}
- 相较于上一次的shader，没有啥变化
tess control shader（细分曲面控制着色器）
#version 450 core
//将输出顶点设置为3个
layout(vertices = 3) out;void main()
{if(gl_InvocationID == 0){//将细分因子写入这两个变量中，后面会详细讲什么意思gl_TessLevelInner[0] = 5.0;gl_TessLevelOuter[0] = 5.0;gl_TessLevelOuter[1] = 5.0;gl_TessLevelOuter[2] = 5.0;}//将输入的数据作为输出数据gl_out[gl_InvocationID].gl_Position = gl_in[gl_InvocationID].gl_Position;
}
tess evaluation shader（细分曲面评估着色器）
#version 450 core
//模式选择为三角形，顺时针为正面，
layout(triangles, equal_spacing, cw) in;
void main()
{//细分曲面单元生成的顶点重心坐标,gl_in是曲面细分控制着色器传进来的gl_outgl_Position = (gl_TessCoord.x * gl_in[0].gl_Position + gl_TessCoord.y * gl_in[1].gl_Position + gl_TessCoord.z * gl_in[2].gl_Position);
}
fragment shader
#version 450 coreout vec4 color;void main()
{color = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
}
源码
#include "sb7.h"
#include "Shader.h"
#include <math.h>
class my_application : public sb7::application
{void startup(){shader = new Shader("vertexShader.vert", "tcsShader.tesc", "tesShader.tese", "fragShader.frag");;//创建数组对象glCreateVertexArrays(2, vertex_arrays_object);//绑定array对象到OpenGL上下文，让OpenGL知道这些数据glBindVertexArray(vertex_arrays_object[0]);glBindVertexArray(vertex_arrays_object[1]);}void render(double currentTime){const GLfloat color[] = {0.0f + 0.0f,0.0f + 0.0f, 0.0f, 1.0f};glClearBufferfv(GL_COLOR, 0, color);shader->use();GLfloat attrib[]{0.0f,0.0f, 0.0, 0.0f};GLfloat triangleColor[] = {1.0f,1.0f, 1.0f, 1.0f};glVertexAttrib4fv(0, attrib);glVertexAttrib4fv(1, triangleColor);//贴片的控制单数量设置glPatchParameteri(GL_PATCH_VERTICES, 3);//仅绘制三角形的轮廓glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);glDrawArrays(GL_PATCHES, 0, 3);}void shutdown() {}private:Shader* shader;//顶点数组对象GLuint vertex_arrays_object[2];
};DECLARE_MAIN(my_application);
出现过的问题
传入的基元与着色器中的不一致导致的错误
错误信息：
GL_INVALID_OPERATION error generated. State(s) are invalid: primitive mode match.
导致的后果：
无法绘制出图形
解决方案：
使用了曲面细分着色器时，查看glDrawArraws(GLenum mode, GLuint first, GLuint count)函数的第一个参数是否GL_PATCHS，如果不是的话，就会产生上述的问题。
stringstream清空的问题
在我自己封装的Shader类中，只使用了一个stringstream读取shader文件，所以每次使用之前要避免上一个shader的数据还存在流中，就需要清空流
使用clear()函数，无法达到清空流的效果
需要使用str("")才能成功的清空当前的stringstream
效果
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