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由于作者在对教程不断地更新,一些比较旧的内容就从教程中删除或者修改了,但是这部分内容仍然对在更新以前就开始学习的读者可能还是会有点用处的。所以,我会将被大段删除或修改的内容留到这里以供大家参考。

注意的是,一些比较小的改动将不会出现在这里。

01-01 OpenGL

!!! important

**基元类型(Primitive Type)**

使用OpenGL时建议使用OpenGL定义的基元类型。比如使用`float`时我们加上前缀`GL`(因此写作`GLfloat`)。`int`、`uint`、`char`、`bool`等等也类似。OpenGL定义的这些GL基元类型的内存布局是与平台无关的而int等基元类型在不同操作系统上可能有不同的内存布局。使用GL基元类型可以保证你的程序在不同的平台上工作一致。

01-02 创建窗口

编译和链接GLEW

GLEW是OpenGL Extension Wrangler Library的缩写它能解决我们上面提到的那个繁琐的问题。因为GLEW也是一个库我们同样需要构建并将其链接进工程。GLEW可以从这里下载你同样可以选择下载二进制版本如果你的目标平台列在上面的话或者下载源码编译步骤和编译GLFW时差不多。记住如果不确定的话选择32位的二进制版本。

我们使用GLEW的静态版本glew32s.lib注意这里的“s”将库文件添加到你的库目录include内容添加到你的include目录。接下来在VS的链接器选项里加上glew32s.lib。注意GLFW3默认也是编译成了一个静态库。

!!! Important

**静态**(Static)链接是指编译时就将库代码里的内容整合进你的二进制文件。优点就是你不需要管理额外的文件了,只需要发布你单独的一个二进制文件就行了。缺点就是你的可执行文件会变得更大,另外当库有升级版本时,你必须重新进行编译整个程序。

**动态**(Dynamic)链接是指一个库通过`.dll`或`.so`的方式存在它的代码与你的二进制文件的代码是分离的。优点是使你的二进制文件大小变小并且更容易升级缺点是你最终发布程序时必须带上这些DLL。

如果你希望静态链接GLEW必须在包含GLEW头文件之前定义预处理器宏GLEW_STATIC

#define GLEW_STATIC
#include <GL/glew.h>

如果你希望动态链接,那么你可以省略这个宏。但是记住使用动态链接的话你需要拷贝一份.DLL文件到你的应用程序目录。

!!! Important

对于用GCC编译的Linux用户建议使用这个命令行选项`-lGLEW -lglfw3 -lGL -lX11 -lpthread -lXrandr -lXi`。没有正确链接相应的库会产生 *undefined reference*(未定义的引用) 这个错误。

我们现在成功编译了GLFW和GLEW库我们已经准备好将进入[下一节](01 Getting started/03 Hello Window.md)去真正使用GLFW和GLEW来设置OpenGL上下文并创建窗口。记得确保你的头文件和库文件的目录设置正确以及链接器里引用的库文件名正确。如果仍然遇到错误可以先看一下评论有没有人遇到类似的问题请参考额外资源中的例子或者在下面的评论区提问。

01-03 你好,窗口

GLEW

在之前的教程中已经提到过GLEW是用来管理OpenGL的函数指针的所以在调用任何OpenGL的函数之前我们需要初始化GLEW。

glewExperimental = GL_TRUE;
if (glewInit() != GLEW_OK)
{
    std::cout << "Failed to initialize GLEW" << std::endl;
    return -1;
}

请注意我们在初始化GLEW之前设置glewExperimental变量的值为GL_TRUE这样做能让GLEW在管理OpenGL的函数指针时更多地使用现代化的技术如果把它设置为GL_FALSE的话可能会在使用OpenGL的核心模式时出现一些问题。

视口(Viewport)

在我们开始渲染之前还有一件重要的事情要做我们必须告诉OpenGL渲染窗口的尺寸大小这样OpenGL才只能知道怎样相对于窗口大小显示数据和坐标。我们可以通过调用glViewport函数来设置窗口的维度(Dimension)

int width, height;
glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);
  
glViewport(0, 0, width, height);

glViewport函数前两个参数控制窗口左下角的位置。第三个和第四个参数控制渲染窗口的宽度和高度像素这里我们是直接从GLFW中获取的。我们从GLFW中获取视口的维度而不设置为800*600是为了让它在高DPI的屏幕上比如说Apple的视网膜显示屏也能正常工作

我们实际上也可以将视口的维度设置为比GLFW的维度小这样子之后所有的OpenGL渲染将会在一个更小的窗口中显示这样子的话我们也可以将一些其它元素显示在OpenGL视口之外。

!!! Important

OpenGL幕后使用<fun>glViewport</fun>中定义的位置和宽高进行2D坐标的转换将OpenGL中的位置坐标转换为你的屏幕坐标。例如OpenGL中的坐标(-0.5, 0.5)有可能(最终)被映射为屏幕中的坐标(200,450)。注意处理过的OpenGL坐标范围只为-1到1因此我们事实上将(-1到1)范围内的坐标映射到(0, 800)和(0, 600)。

输入

我们同样也希望能够在GLFW中实现一些键盘控制这可以通过使用GLFW的回调函数(Callback Function)来完成。回调函数事实上是一个函数指针当我们设置好后GLFW会在合适的时候调用它。按键回调(KeyCallback)是众多回调函数中的一种。当我们设置了按键回调之后GLFW会在用户有键盘交互时调用它。该回调函数的原型如下所示

void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode);

按键回调函数接受一个GLFWwindow指针作为它的第一个参数第二个整形参数用来表示按下的按键action参数表示这个按键是被按下还是释放最后一个整形参数表示是否有Ctrl、Shift、Alt、Super等按钮的操作。GLFW会在合适的时候调用它并为各个参数传入适当的值。

void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode)
{
    // 当用户按下ESC键,我们设置window窗口的WindowShouldClose属性为true
    // 关闭应用程序
    if(key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_PRESS)
    	glfwSetWindowShouldClose(window, GL_TRUE);
}    

在我们新创建的key_callback函数中我们检测了键盘是否按下了Escape键。如果键的确按下了(不释放)我们使用glfwSetwindowShouldClose函数设定WindowShouldClose属性为true从而关闭GLFW。main函数的while循环下一次的检测将为失败,程序就关闭了。

最后一件事就是通过GLFW注册我们的函数至合适的回调代码是这样的:

glfwSetKeyCallback(window, key_callback);  

除了按键回调函数之外,我们还能我们自己的函数注册其它的回调。例如,我们可以注册一个回调函数来处理窗口尺寸变化、处理一些错误信息等。我们可以在创建窗口之后,开始游戏循环之前注册各种回调函数。

01-06 纹理

SOIL

SOIL是简易OpenGL图像库(Simple OpenGL Image Library)的缩写,它支持大多数流行的图像格式,使用起来也很简单,你可以从他们的主页下载。像其它库一样,你必须自己生成**.lib**。你可以使用**/projects文件夹内的任意一个解决方案(Solution)文件不用担心他们的Visual Studio版本太老你可以把它们转变为新的版本这一般是没问题的。译注用VS2010的时候你要用VC8而不是VC9的解决方案想必更高版本的情况亦是如此来生成你自己的.lib文件。你还要添加src文件夹里面的文件到你的includes文件夹;对了,不要忘记添加SOIL.lib**到你的链接器选项,并在你代码文件的开头加上#include <SOIL.h>

下面的教程中,我们会使用一张木箱的图片。要使用SOIL加载图片我们需要使用它的SOIL_load_image函数

int width, height;
unsigned char* image = SOIL_load_image("container.jpg", &width, &height, 0, SOIL_LOAD_RGB);

函数首先需要输入图片文件的路径。然后需要两个int指针作为第二个和第三个参数SOIL会分别返回图片的宽度高度到其中。后面我们在生成纹理的时候会用图像的宽度和高度。第四个参数指定图片的通道(Channel)数量,但是这里我们只需留为0。最后一个参数告诉SOIL如何来加载图片我们只关注图片的RGB值。结果会储存为一个很大的char/byte数组。

生成纹理

和之前生成的OpenGL对象一样纹理也是使用ID引用的。让我们来创建一个

GLuint texture;
glGenTextures(1, &texture);

glGenTextures函数首先需要输入生成纹理的数量然后把它们储存在第二个参数的GLuint数组中(我们的例子中只是一个单独的GLuint),就像其他对象一样,我们需要绑定它,让之后任何的纹理指令都可以配置当前绑定的纹理:

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

现在纹理已经绑定了我们可以使用前面载入的图片数据生成一个纹理了。纹理可以通过glTexImage2D来生成

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, image);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);

函数很长,参数也不少,所以我们一个一个地讲解:

  • 第一个参数指定了纹理目标(Target)。设置为GL_TEXTURE_2D意味着会生成与当前绑定的纹理对象在同一个目标上的纹理(任何绑定到GL_TEXTURE_1DGL_TEXTURE_3D的纹理不会受到影响)。
  • 第二个参数为纹理指定多级渐远纹理的级别如果你希望单独手动设置每个多级渐远纹理的级别的话。这里我们填0也就是基本级别。
  • 第三个参数告诉OpenGL我们希望把纹理储存为何种格式。我们的图像只有RGB值,因此我们也把纹理储存为RGB值。
  • 第四个和第五个参数设置最终的纹理的宽度和高度。我们之前加载图像的时候储存了它们,所以我们使用对应的变量。
  • 下个参数应该总是被设为0(历史遗留问题)。
  • 第七第八个参数定义了源图的格式和数据类型。我们使用RGB值加载这个图像并把它们储存为char(byte)数组,我们将会传入对应值。
  • 最后一个参数是真正的图像数据。

当调用glTexImage2D时当前绑定的纹理对象就会被附加上纹理图像。然而目前只有基本级别(Base-level)的纹理图像被加载了如果要使用多级渐远纹理我们必须手动设置所有不同的图像不断递增第二个参数。或者直接在生成纹理之后调用glGenerateMipmap。这会为当前绑定的纹理自动生成所有需要的多级渐远纹理。

生成了纹理和相应的多级渐远纹理后,释放图像的内存并解绑纹理对象是一个很好的习惯。

SOIL_free_image_data(image);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);

生成一个纹理的过程应该看起来像这样:

GLuint texture;
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
// 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
...
// 加载并生成纹理
int width, height;
unsigned char* image = SOIL_load_image("container.jpg", &width, &height, 0, SOIL_LOAD_RGB);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, image);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
SOIL_free_image_data(image);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0); 

纹理单元

你可能会奇怪为什么sampler2D变量是个uniform我们却不用glUniform给它赋值。使用glUniform1i我们可以给纹理采样器分配一个位置值这样的话我们能够在一个片段着色器中设置多个纹理。一个纹理的位置值通常称为一个纹理单元(Texture Unit)。一个纹理的默认纹理单元是0它是默认的激活纹理单元所以教程前面部分我们没有分配一个位置值。

纹理单元的主要目的是让我们在着色器中可以使用多于一个的纹理。通过把纹理单元赋值给采样器我们可以一次绑定多个纹理只要我们首先激活对应的纹理单元。就像glBindTexture一样我们可以使用glActiveTexture激活纹理单元传入我们需要使用的纹理单元

glActiveTexture(GL_TEXTURE0); //在绑定纹理之前先激活纹理单元
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

激活纹理单元之后接下来的glBindTexture函数调用会绑定这个纹理到当前激活的纹理单元纹理单元GL_TEXTURE0默认总是被激活,所以我们在前面的例子里当我们使用glBindTexture的时候,无需激活任何纹理单元。

!!! Important

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<var>GL_TEXTURE0</var>到<var>GL_TEXTRUE15</var>。它们都是按顺序定义的,所以我们也可以通过<var>GL_TEXTURE0 + 8</var>的方式获得<var>GL_TEXTURE8</var>,这在当我们需要循环一些纹理单元的时候会很有用。

我们仍然需要编辑片段着色器来接收另一个采样器。这应该相对来说非常直接了:

#version 330 core
...

uniform sampler2D ourTexture1;
uniform sampler2D ourTexture2;

void main()
{
    color = mix(texture(ourTexture1, TexCoord), texture(ourTexture2, TexCoord), 0.2);
}

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。

我们现在需要载入并创建另一个纹理你应该对这些步骤很熟悉了。记得创建另一个纹理对象载入图片使用glTexImage2D生成最终纹理。对于第二个纹理我们使用一张你学习OpenGL时的面部表情图片。

为了使用第二个纹理以及第一个我们必须改变一点渲染流程先绑定两个纹理到对应的纹理单元然后定义哪个uniform采样器对应哪个纹理单元

glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
glUniform1i(glGetUniformLocation(ourShader.Program, "ourTexture1"), 0);
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
glUniform1i(glGetUniformLocation(ourShader.Program, "ourTexture2"), 1);

glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindVertexArray(0);

注意我们使用glUniform1i设置uniform采样器的位置值或者说纹理单元。通过glUniform1i的设置我们保证每个uniform采样器对应着正确的纹理单元。你应该能得到下面的结果

你可能注意到纹理上下颠倒了这是因为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。一些图片加载器比如DevIL在加载的时候有选项重置y原点但是SOIL没有。SOIL却有一个叫做SOIL_load_OGL_texture函数可以使用一个叫做SOIL_FLAG_INVERT_Y的标记加载生成纹理这可以解决我们的问题。不过这个函数用了一些在现代OpenGL中失效的特性所以现在我们仍需坚持使用SOIL_load_image自己做纹理的生成。

所以修复我们的小问题,有两个选择:

  1. 我们可以改变顶点数据的纹理坐标,翻转y用1减去y坐标
  2. 我们可以编辑顶点着色器来自动翻转y坐标,替换TexCoord的值为TexCoord = vec2(texCoord.x, 1.0f - texCoord.y);

!!! Attention

上面提供的解决方案仅仅通过一些黑科技让图片翻转。它们在大多数情况下都能正常工作然而实际上这种方案的效果取决于你的实现和纹理所以最好的解决方案是调整你的图片加载器或者以一种y原点符合OpenGL需求的方式编辑你的纹理图像。

如果你编辑了顶点数据,在顶点着色器中翻转了纵坐标,你会得到下面的结果:

如果你看到了一个开心的箱子,你就做对了。你可以对比一下源代码,以及顶点着片段着色器。