OpenGL 一些基本概念和基于状态的方法

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 2017/06/06   Share

Platform: Ubuntu16.04
IDE: QT5
Tools: OpenGL3

[TOC]

前言——基于状态

在写 OpenGL 的 “Hello World” （三角形）的时候，非常困扰！gen、bind、active、都不知道自己是在干什么。
后来查到 OpenGL 和 C++、C# 等面向对象的语言不通，OpenGL 大多数函数使用的是 基于状态 的方法。

即 大多数OpenGL对象都需要在使用前把该对象绑定到context上。

Context

顾名思义，就好像一篇文章的上下文上下文。
可以把它理解成包含了所有 OpenGL 状态的对象。

OpenGL 对象

可以把 OpenGL对象理解成一个状态的集合。（其实还包括其他的数据，但是我们这里只关注状态）
但是 OpenGL对象的状态和 Context 的状态并不重合，只有当 OpenGL对象绑定（bind）到 context 上时，OpenGL对象的状态才会映射到 Context 的状态。
绑定（bind）后，如果我们改变 Context 状态，这个 OpenGL对象也会被影响。
绑定（bind）后，这些依赖 Context 状态的函数，也将会使用存储在这个 OpenGL对象上的数据。

OpenGL 对象包含以下一些类型：Buffer Objects，Vertex Array Objects，Textures，Framebuffer Objects等等。
我们等下会讲到Vertex Array Objects这个对象。

这些对象有三个重要的函数：

void glGen*(GLsizei n, GLuint *objects);   //负责生成一个对象的name。而name就是这个对象的引用。

void glDelete*(GLsizei n, const GLuint *objects);   //负责销毁一个对象。

void glBind*(GLenum target, GLuint object);  	//将对象绑定到context上。

图形名词

像素（pixel）

像素是我们显示器上的最小可见元素。我们系统中的像素被存储在一个帧缓存（framebuffer）中。帧缓存是一块由图形硬件管理的内存空间，用于供给给我们的显示设备。

模型（Models）/ 对象（Objects）

这里两者的含义是一样的。指从几何图元——点、线、三角形中创建的东西，由顶点指定。

渲染（Rendering）

计算机从模型到创建一张图像的过程。OpenGL仅仅是其中一个渲染系统。它是一个基于光栅化的系统，其他的系统还有光线追踪（但有时也会用到OpenGL）等。

Shaders

这是一类特殊的函数，是在图形硬件（GPU）上执行的。我们可以理解成，Shader是一些为图形处理单元（GPU）编译的小程序。
OpenGL包含了编译工具来把我们编写的 Shader 源代码编译成可以在GPU上运行的代码。
在 OpenGL 中，我们可以使用四种shader阶段。
最常见的就是 vertex shaders——它们可以处理顶点数据；
以及fragment shaders，它们处理光栅化后生成的fragments。
vertex shaders 和 fragment shaders是每个OpenGL程序必不可少的部分。

OpenGL 的命名规范

OpenGL里面的函数长得都有一个特点，都是由“gl”开头的，然后紧跟一个或多个大写字母（例如，glBindVertexArray()）。而且所有的OpenGL函数都长这样。

在程序里面还有一些函数是“glut”开头的，这是来自OpenGL实用工具（OpenGL Utility Toolkit）——GLUT。这是一个非常流行的跨平台工具，可以用于打开窗口、管理输入等操作。同样，还有一个函数，glewInit()，它来自GLEW库。GLUT和GLEW就是龙书所用的两个库了。

和OpenGL函数的命名规范类似，在display()函数里见到的GL_COLOR_BUFFER_BIT这样的常量，也是OpenGL定义的。它们由GL_开头，实用下划线来分割字符。它们的定义就是通过OpenGL头文件（glcorearb.h和glewt.h）里面的#define指令定义的。

OpenGL为了跨平台还自己定义了一系列数据类型，如GLfloat。而且，因为OpenGL是一个“C”语言库，它不使用函数重载来解决不同类型的数据问题，而是使用函数命名规范来组织不同的函数。例如，后面我们会碰到一个函数叫glUniform*()，这个函数有很多形式，例如，glUniform2f()和glUniform3fv。这些函数名字后面的后缀——2f和3fv，提供了函数的参数信息。例如，2f中的2表示有两个数据将会传递给函数，f表示这两个参数的类型是GLfloat。而3fv中最后的v，则是vector的简写，表明这三个GLfloat将以vector的形式传递给函数，而不是三个独立的参数。

GL 中顶点是怎么传到 GLSL 的？

答案是
创建顶点流（Vertex Stream）

我们负责创建这个顶点流，然后只需要告诉OpenGL怎样解读它就可以了。
为了渲染一个对象，我们必须使用一个shader program。而这个program会定义一系列顶点属性，例如上一篇文章中 Vertex Shader中的gl_Position 一行。这些属性决定了我们需要传递哪些顶点数据。每一个属性对应了一个数组，并且这些数据的维度都必须相等，即是一一对应的关系。