Skip to content

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

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。

      table_1.1

    • 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：

    figure_1.2

    • 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);