OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 4.5 with SPIR-V¶

附录 A：第三方支持库¶

Quote

What are GLAD, GLFW and OpenGL?. What is OpenGL? - Medium

简单来说，GLWF 负责管理窗口和处理输入，OpenGL 负责绘制图形。

附录 B：OpenGL ES 与 WebGL¶

在大多数系统中 OpenGL ES 命名为 EGL。

第一章：OpenGL 简介¶

OpenGL 是什么
- 与硬件、操作系统和窗口系统独立，也不提供这些服务。
- 不提供三维模型描述、读取图片等功能，需要自己使用点、线、面等基本图元描述。
- 实现为 C/S 架构。
基本概念
- 着色器：为 GPU 编译的小程序。
- OpenGL 有六个着色器阶段，顶点（vertex）和片段（fragment）着色器是最常见的。
- 像素存储在 framebuffer 中，这是由图形硬件管理的内存区域，用于给显示器显示。
基本程序框架：
- init()：准备数据
  - 顶点信息
  - shader plumbing
- display()：执行渲染
  - 使用 glClearBuffer() 清空 framebuffer
  - 绘制图形
  - 交换缓冲区
- main()：主程序
  - 初始化
  - 创建窗口
  - 进入主循环
OpenGL 语法
- 所有 OpenGL 函数以 gl 开头，后接驼峰命名。如 glBindBuffer()。
- 常量以 GL_ 开头。如 GL_COLOR_BUFFER_BIT。
- 为了可移植性，OpenGL 为函数定义各种数据类型，以 GL 开头。如 GLint、GLfloat。
- 因为 OpenGL 是 C 库，没有重载，所以函数名后缀表示参数类型。如 glUniform1f()、glUniform3fv()。
OpenGL 渲染管线：
- 顶点和片元着色器必须被包含。
- 传送给 OpenGL 的数据应当存放在 buffer object 中，这是 OpenGL 管理的一块内存。常用 glNamedBufferStorage() 指定缓冲区大小和数据。
- 调用 glDrawArrays() 等命令意味着将顶点数据传送给 OpenGL。
- 绘制命令的每个顶点都会执行顶点着色器，有可能会使用变换矩阵计算该顶点在屏幕上的位置等。
- 曲面细分着色器（tessellation）使用面片（patch）来描述对象，作用是细分、增加图元数量以提供更好的模型。
- 几何着色器对几何图元进行处理。
- 图元装配（primitive assembly）
- 裁剪（clipping）自动进行，视口（viewport）
- 光栅化（rasterizer）生成片元（fragment）。它确定屏幕的位置被哪个几何图元覆盖，结合输入的顶点数据，为片元着色器中的变量进行线性插值。这一阶段的实现与平台有关（platform-dependent）。
- 片元着色器（fragment shader）修改颜色和深度信息，执行纹理映射，丢弃（discard）不可见的片元。
- 逐片元操作：使用深度检测（z-buffering）和模板测试（stencil testing）决定片元的可见性。
- 如果开启了混合（blending），则与当前片元的颜色叠加写入 framebuffer。
- 总体理解：顶点着色器负责图元在屏幕的哪个位置，片元着色器负责颜色。
- 解剖程序：
- 应用的每个线程都有一个当前上下文，OpenGL 指令发送到当前上下文。应用可以有多个上下文和多个窗口，glfwCreateWindow() 将上下文和窗口关联起来。
- glCreate*() 分配一些对象名。对象名有点像指针，使用 glBind*() 将对象名绑定到上下文，使它成为当前对象，后续的操作都是对当前对象的。一般有两种情况要做绑定操作：创建并初始化对象（init() 中），使用对象（display() 中）。
- buffer 有不同地方可以存储，称为绑定目标（binding target）。如 GL_ARRAY_BUFFER、GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER。
- glNamedBufferStorage() 为 buffer 分配内存，并将数据复制到 buffer 中。
- GLSL
- 指定版本。
- 分配着色器变量，这是它与外界通信的方式。布局限定符（layout qualifier）提供变量的元数据，其中有些与不同着色器阶段有关。
- gl_ 开头的内建变量。
- 连接管道
- glVertextAttribPointer() 将顶点着色器的 in 变量连接到顶点属性数组（vertex-attribute array）。

Chapter2: Shader Fundamentals¶

Shaders and OpenGL¶

GLSL: the OpenGL Shading Language, since OpenGL Version 2.0

OpenGL 可编程管线¶

输入和输出变量：在 OpenGL 每次执行着色器时更新。如果处理顶点，会为每个顶点传递新值；片元也是。
统一变量：不随顶点或片元变化而变化。

GLSL 概述¶

基本数据类型：

float double int uint bool

GLSL 注重类型安全，支持的数值隐式转换有限。比如布尔值不能隐式转换为整数。

向量和矩阵类型举例：

float vec2 vec3 vec4 mat2 mat3 mat4
double dvec2 dvec3 dvec4 dmat2 dmat3 dmat4
bool bvec2 bvec3 bvec4

构造函数的名字与类型名称相同，支持函数重载：

vec4 color;
vec3 RGB = vec3(color);
mat3(4.0);

分量操作符支持一种叫 swizzle 的操作：

vec3 luminance = color.rrr;
color = color.abgr;

支持 length() 方法，注意矩阵返回列数：

mat3x4 m;
m.length(); // 3
m[0].length(); // 4

它是编译时常量，可以在需要常量的场合使用。

类型修饰符¶

const in out uniform buffer shared

uniform 在所有着色阶段之间都是共享的，对着色器来说只读。

GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const GLchar *name);
void glUniform{1234}{fdi ui}(GLint location, TYPE value);
void glUniform{1234}{fdi ui}v(GLint location, GLsizei count, const TYPE *value);
void glUniformMatrix{234}{fd}v(GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, const TYPE *value);

数据块接口¶

着色器之间、着色器和应用之间的数据传递可以组织为变量块。变量块开始的名称对应外部访问时的接口名称，结尾部分的名称用于在着色器中访问具体成员变量。

uniform 块：

layout (shared, row_major) uniform b { vec4 v1; } name;

在应用程序中：

GLuint glGetUniformBlockIndex(GLuint program, const GLchar *uniformBlockName);
void glBindBufferRange(GLenum target, GLuint index, GLuint buffer, GLintptr offset, GLsizeiptr size);

Compiling Shaders¶

Shader Subroutines¶

Separate Shader Objects¶

SPIR-V¶

Skipped

第三章：在 OpenGL 中绘图¶

本章介绍的函数能够：描述图元在内存中的布局，需要渲染多少图元，采用什么形式，甚至渲染一组图元的多个实例。

OpenGL 图元¶

这些图元最终会渲染为点、线、三角形中的一种。此外的图元还有：

曲面细分着色器的面片（Patches）
几何着色器的邻接图元（Adjacency Primitives）
点（Points）
- 边长：
  - void glPointSize(GLfloat size);
  - 着色器中：gl_PointSize 内置变量。开启 GL_PROGRAM_POINT_SIZE 后，可以在着色器内写入变量。
- 点精灵（Point Sprites）
  - 片段着色器中 gl_PointCoord 内置变量。
线，条带与循环线（Lines, Strips, and Loops）
三角形，条带与扇面（Triangles, Strips, and Fans）
多边形作为点集、轮廓线或实体
多边形面的反转和裁剪

OpenGL 缓冲区数据¶

顶点规范¶

OpenGL 绘图命令¶

第五章：视图变换、裁切和反馈¶

model-view 变换：放置相机或放置物体（两个变换互逆）。
视锥体（viewing frustum）：视图变换后的视锥体。

在本书中学习到的 API¶

OpenGL¶

// glCreate*, glBind*, glDelete*, glIs*
void glCreateVertexArrays(GLsizei n, GLuint *arrays);
void glBindVertexArray(GLuint array);
void glDeleteVertexArrays(GLsizei n, const GLuint *arrays);
GLboolean glIsVertexArray(GLuint array);

void glCreateBuffers(GLsizei n, GLuint *buffers);
void glBindBuffer(GLenum target, GLuint buffer);
void glDeleteBuffers(GLsizei n, const GLuint *buffers);
GLboolean glIsBuffer(GLuint buffer);
// load data
void glNamedBufferStorage(GLuint buffer, GLsizeiptr size,
    const void *data, GLbitfield flags);
// Vertex Attribute Array (apply to bounded VAO)
void glVertexAttribPointer(GLuint index, GLint size,
    GLenum type, GLboolean normalized, GLsizei stride,
    const GLvoid *pointer);
void glEnableVertexAttribArray(GLuint index);
void glDisableVertexAttribArray(GLuint index);
// direct stats access
glEnableVertexArrayAttrib
glVertexArrayAttribFormat
glVertexArrayVertexBuffer

// rendering
void glClearBufferfv(GLenum buffer, GLint drawbuffer,
    const GLfloat *value);
void glDrawArrays(GLenum mode, GLint first, GLsizei count);

// Operations
void glEnable(GLenum capability);
void glDisable(GLenum capability);
GLboolean glIsEnabled(GLenum capability);

GLSL¶

#version 450 core
layout(location = 0) in vec4 vPosition;

GLFW¶

void glfwInit(void);
GLFWwindow* glfwCreateWindow(int width, int height, const char *title, GLFWmonitor *monitor, GLFWwindow *share);
void glfwMakeContextCurrent(GLFWwindow *window);
bool glfwWindowShouldClose(GLFWwindow *window);
void glfwSwapBuffers(GLFWwindow *window);
void glfwPollEvents(void);
void glfwDestroyWindow(GLFWwindow *window);
void glfwTerminate(void);

GL3W¶

int gl3wInit(void);