[OpenGL] 笔记（1）三角形

作者: 木小易Ying | 来源:发表于2021-02-04 22:41 被阅读0次

小姐姐碎碎念开始，为啥画三角形这么难... 一会儿要去和姐妹看话剧啦~ 先学一会儿为了挣钱养自己啦啦啦~ 我爹要是知道我如此努力一定会吐槽我为何还不而给他找个女婿...

画个三角形

顶点数组对象：Vertex Array Object，VAO
顶点缓冲对象：Vertex Buffer Object，VBO
索引缓冲对象：Element Buffer Object，EBO或Index Buffer Object，IBO

在OpenGL中，任何事物都在3D空间中，而屏幕和窗口却是2D像素数组。图形渲染管线（Graphics Pipeline，大多译为管线，实际上指的是一堆原始图形数据途经一个输送管道，期间经过各种变化处理最终出现在屏幕的过程）可以被划分为两个主要部分：第一部分把你的3D坐标转换为2D坐标，第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

图形渲染管线可以被划分为几个阶段，每个阶段将会把前一个阶段的输出作为输入。所有这些阶段都是高度专门化的（它们都有一个特定的函数），并且很容易并行执行。正是由于它们具有并行执行的特性，当今大多数显卡都有成千上万的小处理核心，它们在GPU上为每一个（渲染管线）阶段运行各自的小程序，从而在图形渲染管线中快速处理你的数据。这些小程序叫做着色器(Shader)。

因为着色器运行在GPU上，所以它们可以给我们节约宝贵的CPU时间。OpenGL着色器是用OpenGL着色器语言(OpenGL Shading Language, GLSL)写成的。

蓝色部分可以自定义着色器

为了让OpenGL知道我们的坐标和颜色值构成的到底是什么，OpenGL需要你去指定这些数据所表示的渲染类型。我们是希望把这些数据渲染成一系列的点？一系列的三角形？还是仅仅是一个长长的线？做出的这些提示叫做图元(Primitive)，任何一个绘制指令的调用都将把图元传递给OpenGL。这是其中的几个：GL_POINTS、GL_TRIANGLES、GL_LINE_STRIP。

图形渲染管线的第一个部分是顶点着色器(Vertex Shader)，它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一种3D坐标，同时顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。
图元装配(Primitive Assembly)阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入（如果是GL_POINTS，那么就是一个顶点），并所有的点装配成指定图元的形状。
图元装配阶段的输出会传递给几何着色器(Geometry Shader)。几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。
几何着色器的输出会被传入光栅化阶段(Rasterization Stage)，这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器(Fragment Shader)使用的片段(Fragment)。在片段着色器运行之前会执行裁切(Clipping)。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素，用来提升执行效率。
（OpenGL中的一个片段是OpenGL渲染一个像素所需的所有数据。）
片段着色器的主要目的是计算一个像素的最终颜色，这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常，片段着色器包含3D场景的数据（比如光照、阴影、光的颜色等等），这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。
在所有对应颜色值确定以后，最终的对象将会被传到最后一个阶段，我们叫做Alpha测试和混合(Blending)阶段。这个阶段检测片段的对应的深度（和模板(Stencil)）值（后面会讲），用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查alpha值（alpha值定义了一个物体的透明度）并对物体进行混合(Blend)。所以，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。

可以看到，图形渲染管线非常复杂，它包含很多可配置的部分。然而，对于大多数场合，我们只需要配置顶点和片段着色器就行了（因为GPU中没有默认的顶点/片段着色器）。几何着色器是可选的，通常使用它默认的着色器就行了。

顶点输入

开始绘制图形之前，我们必须先给OpenGL输入一些顶点数据。OpenGL是一个3D图形库，所以我们在OpenGL中指定的所有坐标都是3D坐标（x、y和z）。OpenGL仅当3D坐标在3个轴（x、y和z）上都为-1.0到1.0的范围内时才处理它。

让我们先试试这个顶点三角形（z坐标代表一个像素在空间中和你的距离，如果离你远就可能被别的像素遮挡，你就看不到它了，它会被丢弃，以节省资源）

float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
};

顶点着色器：它会在GPU上创建内存用于储存我们的顶点数据，还要配置OpenGL如何解释这些内存，并且指定其如何发送给显卡。

我们通过顶点缓冲对象(Vertex Buffer Objects, VBO)管理这个内存，它会在GPU内存（通常被称为显存）中储存大量顶点。使用这些缓冲对象的好处是我们可以一次性的发送一大批数据到显卡上。

什么是显卡、GPU、CPU、显存？他们的关系是啥?
显卡是插在主板上的扩展槽里的。它主要负责把主机向显示器发出的显示信号转化为一般电器信号，使得显示器能明白个人计算机在让它做什么。显卡主要由显卡主板、显示芯片、显示存储器、散热器（散热片、风扇）等部分组成。显卡的主要芯片叫“显示芯片”（Video chipset，也叫GPU或VPU，图形处理器或视觉处理器），是显卡的主要处理单元。显卡上也有和计算机存储器相似的存储器，称为“显示存储器”，简称显存。
GPU就是图形核心，也是显卡的中央处理器；CPU中央处理器，整台电脑的心脏。

顶点缓冲对象是我们在OpenGL教程中第一个出现的OpenGL对象。就像OpenGL中的其它对象一样，这个缓冲有一个独一无二的ID，所以我们可以使用glGenBuffers函数和一个缓冲ID生成一个VBO对象：

unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);

OpenGL有很多缓冲对象类型，顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER。OpenGL允许我们同时绑定多个缓冲，只要它们是不同的缓冲类型。我们可以使用glBindBuffer函数把新创建的缓冲绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上：

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

从这一刻起，我们使用的任何（在GL_ARRAY_BUFFER目标上的）缓冲调用都会用来配置当前绑定的缓冲VBO。然后我们可以调用glBufferData函数，它会把之前定义的顶点数据复制到缓冲的内存中：

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

glBufferData是一个专门用来把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲的函数。它的第一个参数是目标缓冲的类型：顶点缓冲对象当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上。第二个参数指定传输数据的大小(以字节为单位)；用一个简单的sizeof计算出顶点数据大小就行。第三个参数是我们希望发送的实际数据。

第四个参数指定了我们希望显卡如何管理给定的数据。它有三种形式：

GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变。
GL_DYNAMIC_DRAW：数据会被改变很多。
GL_STREAM_DRAW ：数据每次绘制时都会改变。

三角形的位置数据不会改变，每次渲染调用时都保持原样，所以它的使用类型最好是GL_STATIC_DRAW。如果，比如说一个缓冲中的数据将频繁被改变，那么使用的类型就是GL_DYNAMIC_DRAW或GL_STREAM_DRAW，这样就能确保显卡把数据放在能够高速写入的内存部分。

顶点着色器

用着色器语言GLSL(OpenGL Shading Language)编写顶点着色器，然后编译这个着色器，这样我们就可以在程序中使用它了。下面你会看到一个非常基础的GLSL顶点着色器的源代码：

#version 330 core
// OpenGL 3.3以及和更高版本中，GLSL版本号和OpenGL的版本是匹配的（比如说GLSL 420版本对应于OpenGL 4.2）
// 声明核心模式
layout (location = 0) in vec3 aPos;
// 声明输入变量的位置值为0以及pos向量数
// 在GLSL中一个向量有最多4个分量，每个分量值都代表空间中的一个坐标，它们可以通过vec.x、vec.y、vec.z和vec.w来获取

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
}

可以看到，GLSL看起来很像C语言。每个着色器都起始于一个版本声明。

然后就可以创建一个顶点着色器了：

const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
    "}\0";

unsigned int vertexShader;
vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
glCompileShader(vertexShader);

glShaderSource函数把要编译的着色器对象作为第一个参数。第二参数指定了传递的源码字符串数量，这里只有一个（如果第三个参数传一个字符串数组，就可以用多个字符串拼成一个shader源码）。第三个参数是顶点着色器真正的源码（字符串），第四个参数我们先设置为NULL（多个字符串每个字符串的长度）。

如果你想知道是不是编译成功了，还可以用这样的方式来看有木有错误：

int  success;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);

if(!success)
{
    glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
    std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

片段着色器

片段着色器(Fragment Shader)是第二个也是最后一个我们打算创建的用于渲染三角形的着色器。片段着色器所做的是计算像素最后的颜色输出。

片段着色器只需要一个输出变量，这个变量是一个4分量向量，它表示的是最终的输出颜色：

#version 330 core
out vec4 FragColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);
}

编译片段着色器的过程与顶点着色器类似，只不过我们使用GL_FRAGMENT_SHADER常量作为着色器类型：

unsigned int fragmentShader;
fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);

着色器程序

着色器程序对象(Shader Program Object)是多个着色器合并之后并最终链接完成的版本。如果要使用刚才编译的着色器我们必须把它们链接(Link)为一个着色器程序对象，然后在渲染对象的时候激活这个着色器程序。已激活着色器程序的着色器将在我们发送渲染调用的时候被使用。
(感觉和app很像)

当链接着色器至一个程序的时候，它会把每个着色器的输出链接到下个着色器的输入。当输出和输入不匹配的时候，你会得到一个连接错误。

创建一个程序对象很简单：

unsigned int shaderProgram;
shaderProgram = glCreateProgram();

glCreateProgram函数创建一个程序，并返回新创建程序对象的ID引用。现在我们需要把之前编译的着色器附加到程序对象上，然后用glLinkProgram链接它们：

glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);

link是否成功也可判断：

glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
if(!success) {
    glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
    ...
}

得到的结果就是一个程序对象，我们可以调用glUseProgram函数，用刚创建的程序对象作为它的参数，以激活这个程序对象：

glUseProgram(shaderProgram);

在glUseProgram函数调用之后，每个着色器调用和渲染调用都会使用这个程序对象（也就是之前写的着色器)了。

对了，在把着色器对象链接到程序对象以后，记得删除着色器对象，我们不再需要它们了：

glDeleteShader(vertexShader);
glDeleteShader(fragmentShader);

现在，我们已经把输入顶点数据发送给了GPU，并指示了GPU如何在顶点和片段着色器中处理它。就快要完成了，但还没结束，OpenGL还不知道它该如何解释内存中的顶点数据，以及它该如何将顶点数据链接到顶点着色器的属性上。我们需要告诉OpenGL怎么做。

告诉程序如何解释输入的顶点数据

顶点着色器允许我们指定任何以顶点属性为形式的输入。这使其具有很强的灵活性的同时，它还的确意味着我们必须手动指定输入数据的哪一个部分对应顶点着色器的哪一个顶点属性。所以，我们必须在渲染前指定OpenGL该如何解释顶点数据。

假设顶点缓冲数据输入是酱紫：

顶点数据

位置数据被储存为32位（4字节）浮点值。
每个位置包含3个这样的值。
在这3个值之间没有空隙（或其他值）。这几个值在数组中紧密排列。
数据中第一个值在缓冲开始的位置。

我们就可以使用glVertexAttribPointer函数告诉OpenGL该如何解析顶点数据（应用到逐个顶点属性上）了：

glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

glVertexAttribPointer函数的参数非常多，所以我会逐一介绍它们：

第一个参数指定我们要配置的顶点属性。对应顶点着色器里面的位置值(location)
第二个参数指定顶点属性的大小。顶点属性是一个vec3，它由3个值组成，所以大小是3。
第三个参数指定数据的类型。
下个参数定义我们是否希望数据被标准化(Normalize)。如果我们设置为GL_TRUE，所有数据都会被映射到0（对于有符号型signed数据是-1）到1之间。
第五个参数叫做步长，它告诉我们在连续的顶点属性组之间的间隔。由于下个组位置数据在3个float之后，我们把步长设置为3 * sizeof(float)。要注意的是由于我们知道这个数组是紧密排列的（在两个顶点属性之间没有空隙）我们也可以设置为0来让OpenGL决定具体步长是多少（只有当数值是紧密排列时才可用）。
最后一个参数的类型是void*，所以需要我们进行这个奇怪的强制类型转换。它表示位置数据在缓冲中起始位置的偏移量。由于位置数据在数组的开头，所以这里是0。

每个顶点属性从一个VBO管理的内存中获得它的数据，而具体是从哪个VBO（程序中可以有多&个VBO）获取则是通过在调用glVertexAttribPointer的VBO决定的。由于在调用glVertexAttribPointer之前绑定的是先前定义的VBO对象，顶点属性0现在会链接到它的顶点数据。

现在我们已经定义了OpenGL该如何解释顶点数据，我们现在应该使用glEnableVertexAttribArray，以顶点属性位置值作为参数，启用顶点属性；顶点属性默认是禁用的。

自此，所有东西都已经设置好了：我们使用一个顶点缓冲对象将顶点数据初始化至缓冲中，建立了一个顶点和一个片段着色器，并告诉了OpenGL如何把顶点数据链接到顶点着色器的顶点属性上。在OpenGL中绘制一个物体，代码会像是这样：

// 0\. 复制顶点数组到缓冲中供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// 1\. 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
// 2\. 当我们渲染一个物体时要使用着色器程序
glUseProgram(shaderProgram);
// 3\. 绘制物体
someOpenGLFunctionThatDrawsOurTriangle();

每当我们绘制一个物体的时候都必须重复这一过程。这看起来可能不多，但是如果有超过5个顶点属性，上百个不同物体呢（这其实并不罕见）。有没有一些方法可以使我们把所有这些状态配置储存在一个对象中，并且可以通过绑定这个对象来恢复状态呢？

顶点数组对象

顶点数组对象(Vertex Array Object, VAO)可以像顶点缓冲对象那样被绑定，任何随后的顶点属性调用都会储存在这个VAO中。这样的好处就是，当配置顶点属性指针时，你只需要将那些调用执行一次，之后再绘制物体的时候只需要绑定相应的VAO就行了。如果我们绑定VAO失败，OpenGL会拒绝绘制任何东西。

image.png

一个顶点数组对象会储存以下这些内容：

glEnableVertexAttribArray和glDisableVertexAttribArray的调用。
通过glVertexAttribPointer设置的顶点属性配置。
通过glVertexAttribPointer调用与顶点属性关联的顶点缓冲对象。

创建一个VAO和创建一个VBO很类似：

unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);

要想使用VAO，要做的只是使用glBindVertexArray绑定VAO。从绑定之后起，我们应该绑定和配置对应的VBO和属性指针，之后解绑VAO供之后使用。

// ..:: 初始化代码（只运行一次 (除非你的物体频繁改变)） :: ..
// 1. 绑定VAO
glBindVertexArray(VAO);
// 2. 把顶点数组复制到缓冲中供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// 3. 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

[...]

// ..:: 绘制代码（渲染循环中） :: ..
// 4. 绘制物体
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3); // someOpenGLFunctionThatDrawsOurTriangle();

当我们打算绘制物体的时候就拿出相应的VAO，绑定它，绘制完物体后，再解绑VAO。

glDrawArrays函数第一个参数是我们打算绘制的OpenGL图元的类型。由于我们在一开始时说过，我们希望绘制的是一个三角形，这里传递GL_TRIANGLES给它。第二个参数指定了顶点数组的起始索引，我们这里填0。最后一个参数指定我们打算绘制多少个顶点，这里是3（我们只从我们的数据中渲染一个三角形，它只有3个顶点长）。

索引缓冲对象

索引缓冲对象(Element Buffer Object，EBO，也叫Index Buffer Object，IBO)。要解释索引缓冲对象的工作方式最好还是举个例子：假设我们不再绘制一个三角形而是绘制一个矩形。我们可以绘制两个三角形来组成一个矩形（OpenGL主要处理三角形）。这会生成下面的顶点的集合：

float vertices[] = {
    // 第一个三角形
    0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
    -0.5f, 0.5f, 0.0f,  // 左上角
    // 第二个三角形
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
    -0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
};

可以看到，有几个顶点叠加了。我们指定了右下角和左上角两次！一个矩形只有4个而不是6个顶点，这样就产生50%的额外开销。当我们有包括上千个三角形的模型之后这个问题会更糟糕，这会产生一大堆浪费。更好的解决方案是只储存不同的顶点，并设定绘制这些顶点的顺序。

很幸运，索引缓冲对象的工作方式正是这样的。和顶点缓冲对象一样，EBO也是一个缓冲，它专门储存索引，OpenGL调用这些顶点的索引来决定该绘制哪个顶点。首先，我们先要定义（不重复的）顶点，和绘制出矩形所需的索引：

float vertices[] = {
    0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
    -0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
};

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
};

当时用索引的时候，我们只定义了4个顶点，而不是6个。下一步我们需要创建索引缓冲对象：

unsigned int EBO;
glGenBuffers(1, &EBO);

与VBO类似，我们先绑定EBO然后用glBufferData把索引复制到缓冲里。同样，和VBO类似，我们会把这些函数调用放在绑定和解绑函数调用之间，只不过这次我们把缓冲的类型定义为·、GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER。

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

要注意的是，我们传递了GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER当作缓冲目标。最后一件要做的事是用glDrawElements来替换glDrawArrays函数，来指明我们从索引缓冲渲染。使用glDrawElements时，我们会使用当前绑定的索引缓冲对象中的索引进行绘制：

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);

第一个参数指定了我们绘制的模式，这个和glDrawArrays的一样。第二个参数是我们打算绘制顶点的个数，这里填6，也就是说我们一共需要绘制6个顶点。第三个参数是索引的类型，这里是GL_UNSIGNED_INT。最后一个参数里我们可以指定EBO中的偏移量（或者传递一个索引数组，但是这是当你不在使用索引缓冲对象的时候），但是我们会在这里填写0。

不过VAO同样可以保存索引缓冲对象的绑定状态。VAO绑定时正在绑定的索引缓冲对象会被保存为VAO的元素缓冲对象。绑定VAO的同时也会自动绑定EBO。

VAO & VBO & EBO

当目标是GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER的时候，VAO会储存glBindBuffer的函数调用。这也意味着它也会储存解绑调用，所以确保你没有在解绑VAO之前解绑索引数组缓冲，否则它就没有这个EBO配置了。注意哦，如果是正常的VBO的glBindBuffer是不存储的，只存储GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER也就是EBO的

来画正方形啦：

// ..:: 初始化代码 :: ..
// 1. 绑定顶点数组对象
glBindVertexArray(VAO);
// 2. 把我们的顶点数组复制到一个顶点缓冲中，供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// 3. 复制我们的索引数组到一个索引缓冲中，供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
// 4. 设定顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

[...]

// ..:: 绘制代码（渲染循环中） :: ..
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0)
glBindVertexArray(0);

线框模式(Wireframe Mode)
要想用线框模式绘制你的三角形，你可以通过glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)函数配置OpenGL如何绘制图元。第一个参数表示我们打算将其应用到所有的三角形的正面和背面，第二个参数告诉我们用线来绘制。之后的绘制调用会一直以线框模式绘制三角形，直到我们用glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL)将其设置回默认模式。

bind到0就是解绑哦~

Homework

1. 画个渐变三角形

这里要说一下就是如果你给三个顶点赋值颜色，会自动插值填充渐变哈~ 以及颜色的输入也是要和顶点数据放在一起哒，都输入给顶点shader，然后顶点把颜色输出给着色shader酱紫~

这是在片段着色器中进行的所谓片段插值(Fragment Interpolation)的结果。当渲染一个三角形时，光栅化(Rasterization)阶段通常会造成比原指定顶点更多的片段。光栅会根据每个片段在三角形形状上所处相对位置决定这些片段的位置。

基于这些位置，它会插值(Interpolate)所有片段着色器的输入变量。比如说，我们有一个线段，上面的端点是绿色的，下面的端点是蓝色的。如果一个片段着色器在线段的70%的位置运行，它的颜色输入属性就会是一个绿色和蓝色的线性结合；更精确地说就是30%蓝 + 70%绿。

这正是在这个三角形中发生了什么。我们有3个顶点，和相应的3个颜色，从这个三角形的像素来看它可能包含50000左右的片段，片段着色器为这些像素进行插值颜色。如果你仔细看这些颜色就应该能明白了：红首先变成到紫再变为蓝色。片段插值会被应用到片段着色器的所有输入属性上。

渐变三角形

来来来上代码了~

const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "layout (location = 1) in vec3 inColor;\n"
    "out vec3 outColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
    "   outColor = inColor;\n"
    "}\0";

const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "in vec3 outColor;\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(outColor, 1.0);\n"
    "}\0";

void drawGradientTriangle()
{
    // draw triangle
    float vertices[] = {
        -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.f, 0.f, 0.f,
         0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.f, 1.f, 0.f,
         0.0f,  0.5f, 0.0f, 0.f, 0.f, 1.f,
    };
    
    unsigned int VBO;
    glGenBuffers(1, &VBO);
    
    unsigned int VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    
    glBindVertexArray(VAO);
    
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    
    // read vertex
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
    glEnableVertexAttribArray(0);
    glEnableVertexAttribArray(1);
    
    // unbind VBO
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    
    // unbind VAO
    glBindVertexArray(0);
    
    // create vertices shader
    unsigned int vertexShader;
    vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);
    
    int  success;
    char infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);

    if(!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    // color shader
    unsigned int fragmentShader;
    fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);
    
    // program
    unsigned int shaderProgram;
    shaderProgram = glCreateProgram();
    
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram);
    
    // use this program
    glUseProgram(shaderProgram);
    glBindVertexArray(VAO);
    // draw
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
    
    // delete shader
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);
}

需要注意的点是顶点shader输出的值和着色器shader输入的值的变量名都必须一样哈~，以及我们这次终于懂了location的用法了，也就是第几个参数的意义了。另外后面的参数的偏移记得需要✖️float的size哈~

渐变三角的注意事项

2. 绘制两个彼此相连的三角形

相连三角形

这里其实就是传入6个顶点，然后指定要画六个顶点即可，其他没区别~ 他会自动3个顶点一组去绘制哒~ 那可能会疑惑，如果我想把这6个点彼此相连，搞成3个三角形呢，那你就要用EBO了哦~~

float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.f, 0.f, 0.f,
    0.0f, -0.5f, 0.0f, 0.f, 1.f, 0.f,
    -0.25f,  0.5f, 0.0f, 0.f, 0.f, 1.f,
    0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.f, 0.f, 0.f,
    0.0f, -0.5f, 0.0f, 0.f, 1.f, 0.f,
    0.25f,  0.5f, 0.0f, 0.f, 0.f, 1.f,
};

// draw
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);

3. 使用不同的VAO和VBO创建两个三角形

当我想用不同着色shader来渲染两个三角形的时候，那就不能用同一份顶点了哈，也就不是同一个program了，那么如果用两个VAO / VBO嘞？

// draw triangle
float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.f, 0.f, 0.f,
    0.0f, -0.5f, 0.0f, 0.f, 1.f, 0.f,
    -0.25f,  0.5f, 0.0f, 0.f, 0.f, 1.f,
};

float vertices2[] = {
    0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.f, 0.f, 0.f,
    0.0f, -0.5f, 0.0f, 0.f, 1.f, 0.f,
    0.25f,  0.5f, 0.0f, 0.f, 0.f, 1.f,
};

unsigned int VBO[2];
glGenBuffers(2, VBO);

unsigned int VAO[2];
glGenVertexArrays(2, VAO);

glBindVertexArray(VAO[0]);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO[0]);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

// read vertex
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(0);
glEnableVertexAttribArray(1);

// unbind VBO
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

// unbind VAO
glBindVertexArray(0);

// -------------- next VAO & VBO ---------------

glBindVertexArray(VAO[1]);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO[1]);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices2, GL_STATIC_DRAW);

// read vertex
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(0);
glEnableVertexAttribArray(1);

// unbind VBO
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

// unbind VAO
glBindVertexArray(0);

这里需要注意的是创建的是数组哈，以及因为数据本身就是地址（第一个元素的地址），所以无需使用&啦：

unsigned int VBO[2];
glGenBuffers(2, VBO);

然后就是绘制啦~

// use this program
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO[0]);
// draw
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

// next
glBindVertexArray(VAO[1]);
// draw
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

最后画出来的效果和上面的其实是一样的。

4. 创建两个着色器程序绘制两个颜色不同的三角形

现在就要用上面的两套顶点来用不同的program啦~

截屏2021-02-04 下午11.37.35.png

需要新增一个着色器shader：

const char *fixedFragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);\n"
    "}\0";

然后创建两个program分别用不同的VAO~

// color shader
unsigned int fragmentShader;
fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);


unsigned int fragmentShader2;
fragmentShader2 = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader2, 1, &fixedFragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader2);

// program
unsigned int shaderProgram;
shaderProgram = glCreateProgram();

glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);

// program
unsigned int shaderProgram2;
shaderProgram2 = glCreateProgram();

glAttachShader(shaderProgram2, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram2, fragmentShader2);
glLinkProgram(shaderProgram2);

// use this program
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO[0]);
// draw
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

glUseProgram(shaderProgram2);
// next
glBindVertexArray(VAO[1]);
// draw
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

好啦大功告成~ 睡啦睡啦~

refer to : https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/04%20Hello%20Triangle/
debug: https://learnopengl.com/In-Practice/Debugging
https://www.cnblogs.com/icyhusky/p/10686294.html