OpenGL Chan视频学习-11 Uniforms in OpenGL

bilibili视频链接：

【最好的OpenGL教程之一】https://www.bilibili.com/video/BV1MJ411u7Bc?p=5&vd_source=44b77bde056381262ee55e448b9b1973

函数网站：

docs.gl

说明：

1.之后就不再单独整理网站具体函数了，网站直接翻译会更直观也会有更多注意点。直接通过csdn索引查找反而会慢。

2.代码区域会单独注释功能参数返回值和相关注意事项。

3.课程学习从4-本节，如果有些函数没有注释可以看专栏里面的前面发表的文章，一般有解释。

4.如果觉得代码注释白色字体不太直观可以直接copy到相应软件看。

5.有两种版本的可供查看：注释全面的和注释简洁版的，可以在索引里面找到相关代码查看。

6.希望能帮到你。

7.有错误请跟我说明一下，可能整理的时候没有检查好。

一、知识点整理

1.1获取数据方式

1.1.1分类

• 属性
• Uniforms

1.1.2区别

以下是两种从CPU到GPU获取数据的方式（属性、uniform）之间的联系和区别的表格形式总结：

（来自文心一言）

特性	属性（Attribute）	Uniform
定义	用于向顶点着色器传递每个顶点的独立数据，如位置、颜色、纹理坐标等。	用于向所有着色器阶段（顶点、片段等）传递全局一致的数据，如变换矩阵、光照参数等。
作用范围	仅作用于顶点着色器，每个顶点有独立的一份数据。	可作用于顶点着色器和片段着色器，所有顶点或片段共享同一份数据。
数据更新频率	通常在每次绘制调用（Draw Call）时更新，每个顶点可以有不同的值。	在渲染一帧或多次绘制调用期间保持不变，适合频繁使用但较少变化的数据。
性能影响	数据量随顶点数量增加而增加，频繁更新大量顶点属性可能影响性能。	数据量较小，更新频率低，性能开销相对较小。
使用场景	传递需要逐顶点变化的数据，如模型顶点坐标、顶点颜色、法线等。	传递需要全局共享的数据，如模型视图投影矩阵、光照参数、材质属性等。
API示例（OpenGL）	使用glVertexAttribPointer绑定顶点属性缓冲区，通过glVertexAttrib系列函数启用或禁用属性。	使用glGetUniformLocation获取uniform变量的位置，通过glUniform系列函数设置uniform变量的值。
缓冲区类型	通常存储在顶点缓冲区对象（VBO）中。	通常直接存储在着色器程序中，或通过uniform缓冲区对象（UBO）或着色器存储缓冲区对象（SSBO）管理。
灵活性	灵活性高，适合处理每个顶点不同的数据。	灵活性较低，但适合处理全局一致的数据，且可以通过UBO/SSBO提高组织效率。
内存占用	内存占用随顶点数量线性增长。	内存占用固定，与顶点数量无关。
适用数据类型	适合存储每个顶点独立的数据，如向量、标量等。	适合存储全局一致的矩阵、向量、标量等数据。

联系

1. 数据传递：两者都是从CPU向GPU传递数据的方式，用于着色器程序的运行。
2. 着色器访问：两者都可以在着色器中被访问，但作用范围和生命周期不同。
3. 优化目标：两者都旨在提高渲染性能，通过合理使用可以减少CPU-GPU之间的数据传输开销。

区别

1. 作用范围：属性是逐顶点的，uniform是全局的。
2. 数据更新频率：属性可能频繁更新，uniform通常较少更新。
3. 性能开销：属性可能因数据量大而影响性能，uniform性能开销较小。
4. 使用场景：属性适合逐顶点数据，uniform适合全局共享数据。

通过合理选择属性或uniform，可以优化渲染性能，减少不必要的CPU-GPU数据传输。

1.2Uniform

1.2.1是什么

从CPU获取数据的方式，希望能在CPU端口定义数据。在这里，从C++到我们的着色器，可以当成

也有可能通过顶点缓冲区从CPU获取数据到GPU。

1.2.2调用时机

每一次绘制时调用。在调用glDrawElements或glDrawArray或任何用来绘图的东西之前设置。

1.2.3注意点

• 在绘制之前就已经设置好了，每次绘制时设置差异很大

1.2.4应用

1.2.4.1代码+步骤

进入着色器文件Basic.shader

#shader vertex
#version 330 corelayout(location = 0) in vec4 position;void main()
{gl_Position = position;
};#shader fragment
#version 330 corelayout(location = 0) out vec4 color;//分配矩形的每个像素的每个片段的输出颜色为该统一值
uniform vec4 u_Color;void main()
{color = vec4 u_Color;
};

从Application.cpp中设置uniform

在着色器绑定之后调用glUseProgram

区别在我们实际发送的数据和我们有多少组件

 //功能：获取着色器程序中 "u_Color" 的 uniform 变量的位置//参数：1.shader: 着色器程序对象//参数：2.name: 变量名//返回; 如果 uniform 变量不存在，则返回 -1；存在，则返回它的位置，即它的索引。GLCall(int location = glGetUniformLocation(shader, "u_Color"));//着色器程序（vertex 或 fragment）中声明了某个 uniform 变量（例如 "u_Color"），// 但是在实际的 GLSL 代码中没有使用这个变量，编译器可能会优化掉这个变量，// 从而导致 glGetUniformLocation 返回 -1。//检查返回值是否为 -1，避免在后续对一个不存在的 uniform 变量操作。ASSERT(location != -1);//功能：设置颜色// 参数：1.location: 着色器程序中 uniform 变量的位置// 参数：2.v0: 第一个分量// 参数：3.v1: 第二个分量// 参数：4.v2: 第三个分量// 参数：5.v3: 第四个分量// 作用：设置 uniform 变量的值，这里设置了 u_Color 的值为红色（0.2, 0.3, 0.8, 1.0）// GL_FLOAT_VEC4 表示该 uniform 变量是一个四维向量，每个分量的类型为 float。// 注意：这里的颜色值是通过 glGetUniformLocation 函数获取的，而不是直接写死的。// 这样做的好处是，当着色器程序中的 uniform 变量的名称发生变化时，// 我们只需要修改这里的名称，而不需要修改渲染代码。GLCall(glUniform4f(location, 0.8f, 0.3f, 0.8f, 1.0f));

1.2.4.2运行结果

1.3变色动画

1.3.1代码+步骤（int main函数修改）

修改刷新频率

//设置刷新频率
//参数：1表示程序会等待一个垂直重绘周期之后再进行缓冲区交换。大概可以理解为每秒60帧。
// 如果显示器的刷新率不是 60 Hz，而是其他值（例如 75 Hz 或 120 Hz），
// glfwSwapInterval(1); 会根据显示器的实际刷新率来调整程序的帧率。
// glfwSwapInterval 函数通常只接受 0、1 或 -1 作为参数，分别代表无同步、垂直同步以及可自适应同步。
glfwSwapInterval(1);

设置r值使其能动态调整颜色

设置increment实现阶段等间隔变化

    float r = 0.0f;float increment = 0.05f;

通过在while循环里直接设置颜色和颜色浮点值来改变

 GLCall(glUniform4f(location, r, 0.3f, 0.8f, 1.0f))//功能：绘制三角形GLCall(glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, nullptr));//更新颜色//实现颜色的循环变化if(r > 1.0f)increment = -0.05f;else if(r < 0.0f)increment = 0.05f;r += increment;

1.3.2运行效果

蓝色粉色渐变循环

二、完整代码

2.1 将shader数据从c++传入

2.1.1 完全注释代码

Basic.shader

#shader vertex
#version 330 corelayout(location = 0) in vec4 position;void main()
{gl_Position = position;
};#shader fragment
#version 330 corelayout(location = 0) out vec4 color;//分配矩形的每个像素的每个片段的输出颜色为该统一值
uniform vec4 u_Color;void main()
{color = u_Color;
};

Application.cpp

#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
#include<sstream>//功能：定义宏，用于在调试过程中进行条件断言，检测OpenGL错误
#define ASSERT(x) if(!(x)) __debugbreak();
//功能：定义了一个宏 GLCall(x)，用于调试 OpenGL 应用程序时检查和处理 OpenGL 错误。
#define GLCall(x) GLClearError();\x;\ASSERT(GLLogError(#x,__FILE__,__LINE__));static void GLClearError()
{//功能：检测OpenGL错误while (glGetError() != GL_NO_ERROR);
}//参数：1.function: 发生错误的函数名
static bool GLLogError(const char* function, const char* file, int line)
{//功能：检测OpenGL错误,输出错误信息//while循环，直到glGetError()返回GL_NO_ERROR，表示没有错误发生。while (GLenum error = glGetError()){std::cout << "[OpenGL Error] (" << error << "): " << function << " " << file << ":" << line << std::endl;return false;}return true;
}//功能：定义ShaderProgramSource结构体，用于存储着色器代码
struct ShaderProgramSource
{std::string VertexSource;std::string FragmentSource;
};//功能：解析着色器代码文件。
static ShaderProgramSource ParseShader(const std::string& filepath)
{//功能：打开文件流std::ifstream stream(filepath);//定义着色器类型enum  class ShaderType{NONE=-1,VERTEX=0,FRAGMENT=1};//该变量用于存储着色器代码std::string line;//该变量用于存储着色器类型std::stringstream ss[2];//该变量是当前着色器类型ShaderType type = ShaderType::NONE;//功能：读取文件中的每一行内容，直到文件结束while (getline(stream, line)){//如果当前行包含#shader，则说明接下来是着色器代码if (line.find("#shader") != std::string::npos){//如果当前行包含vertex，则说明接下来是顶点着色器代码if (line.find("vertex") != std::string::npos){type = ShaderType::VERTEX;}else if (line.find("fragment") != std::string::npos){type = ShaderType::FRAGMENT;}}else{//否则，将当前行添加到对应着色器代码的stringstream中ss[(int)type] << line << '\n';}}//返回ShaderProgramSource结构体return { ss[0].str(), ss[1].str() };
}//功能：编译着色器代码
static unsigned int CompilesShader(unsigned int type, const std::string& source)
{//功能：创建着色器对象unsigned int id = glCreateShader(type);//功能：设置着色器源代码.const char* src = source.c_str();//功能：替换着色器对象中的源代码。将该id的指定着色器的源代码设置为src指针指向的字符串glShaderSource(id, 1, &src, nullptr);//功能：编译着色器对象的源代码glCompileShader(id);//设置返回着色器的对象IDint result;//功能：从着色器对象返回一个参数，表示编译是否成功。glGetShaderiv(id, GL_COMPILE_STATUS, &result);//如果编译失败，则输出错误信息if (result == GL_FALSE){int length;//功能：获取编译错误信息的长度glGetShaderiv(id, GL_INFO_LOG_LENGTH, &length);//分配内存，用于存储编译错误信息char* message = (char*)alloca(length*sizeof(char));//功能：获取编译错误信息glGetShaderInfoLog(id, length, &length, message);std::cout << "Failed to compile shader!" << (type == GL_VERTEX_SHADER? "Vertex" : "Fragment") << "shader!" << std::endl;std::cout << message << std::endl;//删除着色器对象glDeleteShader(id);return 0;}//TODO:错误处理ingreturn id;
}//功能：创建着色器程序
static unsigned int CreateShader(const std::string& vertexShader, const std::string& fragmentShader)
{//创建程序对象unsigned int program = glCreateProgram();//编译顶点着色器对象unsigned int vs = CompilesShader(GL_VERTEX_SHADER, vertexShader);//编译片段着色器对象unsigned int fs = CompilesShader(GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShader);//功能：将编译好的着色器对象附加到程序对象中glAttachShader(program, vs);glAttachShader(program, fs);//功能：链接程序对象glLinkProgram(program);//功能：验证着色器程序对象是否可以在当前OpenGL状态中执行。检查着色器程序的完整性和可执行性。glValidateProgram(program);//删除着色器对象,因为它们已经被链接到程序对象中glDeleteShader(vs);glDeleteShader(fs);//返回着色器程序return program;
}int main(void)
{GLFWwindow* window;//初始化glfwif (!glfwInit())return -1;//创建一个窗口模式的窗口并设置OpenGL上下文window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);if (!window)//如果窗口创建失败，则终止程序{glfwTerminate();//释放glfw资源return -1;}//设置当前窗口的上下文,之后所有的OpenGL调用都会在这个上下文中进行glfwMakeContextCurrent(window);//初始化GLEWif (glewInit() != GLEW_OK)std::cout << "Error!" << std::endl;//打印OpenGL版本信息std::cout << glGetString(GL_VERSION) << std::endl;//准备数据float position[] = {-0.5f, -0.5f,0.5f, -0.5f,0.5f,0.5f,-0.5f,0.5f,};//定义顶点索引缓存,用于标定顶点顺序unsigned int indices[] = {0,1,2,2,3,0};//定义缓冲区对象unsigned int buffer;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &buffer));//功能：将缓冲区对象绑定到目标GLCall(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2 * 4 * sizeof(float), position, GL_STATIC_DRAW));//功能：配置顶点属性指针GLCall(glEnableVertexAttribArray(0));//功能：指定顶点属性数组的索引、大小、数据类型、是否归一化、偏移量、数据指针GLCall(glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0));//索引缓冲区对象unsigned int ibo;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &ibo));//功能：将缓冲区对象绑定到目标.没有绑定为数组缓冲区GLCall(glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(unsigned int), indices, GL_STATIC_DRAW));//解析着色器代码文件ShaderProgramSource source = ParseShader("res/shaders/Basic.shader");std::string vertexShader = source.VertexSource;std::string fragmentShader = source.FragmentSource;//创建着色器程序unsigned int shader = CreateShader(vertexShader, fragmentShader);//使用着色器程序GLCall(glUseProgram(shader));//功能：获取着色器程序中 "u_Color" 的 uniform 变量的位置//参数：1.shader: 着色器程序对象//参数：2.name: 变量名//返回; 如果 uniform 变量不存在，则返回 -1；存在，则返回它的位置，即它的索引。GLCall(int location = glGetUniformLocation(shader, "u_Color"));//着色器程序（vertex 或 fragment）中声明了某个 uniform 变量（例如 "u_Color"），// 但是在实际的 GLSL 代码中没有使用这个变量，编译器可能会优化掉这个变量，// 从而导致 glGetUniformLocation 返回 -1。//检查返回值是否为 -1，避免在后续对一个不存在的 uniform 变量操作。ASSERT(location != -1);//功能：设置颜色// 参数：1.location: 着色器程序中 uniform 变量的位置// 参数：2.v0: 第一个分量// 参数：3.v1: 第二个分量// 参数：4.v2: 第三个分量// 参数：5.v3: 第四个分量// 作用：设置 uniform 变量的值，这里设置了 u_Color 的值为红色（0.2, 0.3, 0.8, 1.0）// GL_FLOAT_VEC4 表示该 uniform 变量是一个四维向量，每个分量的类型为 float。// 注意：这里的颜色值是通过 glGetUniformLocation 函数获取的，而不是直接写死的。// 这样做的好处是，当着色器程序中的 uniform 变量的名称发生变化时，// 我们只需要修改这里的名称，而不需要修改渲染代码。GLCall(glUniform4f(location, 0.8f, 0.3f, 0.8f, 1.0f));//渲染循环,直到窗口被关闭while (!glfwWindowShouldClose(window)){//清除颜色缓冲区GLCall(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));//功能：绘制三角形GLCall(glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, nullptr));//刷新缓冲区并交换窗口GLCall(glfwSwapBuffers(window));//处理窗口事件,如键盘输入、鼠标移动等GLCall(glfwPollEvents());}//删除着色器程序//glDeleteProgram(shader);//释放 GLFW 库占用的所有资源。glfwTerminate();return 0;
}

2.1.2简洁注释代码

shader同上，略

Application.cpp

#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
#include<sstream>//功能：定义宏，用于在调试过程中进行条件断言，检测OpenGL错误
#define ASSERT(x) if(!(x)) __debugbreak();
//功能：定义了一个宏 GLCall(x)，用于调试 OpenGL 应用程序时检查和处理 OpenGL 错误。
#define GLCall(x) GLClearError();\x;\ASSERT(GLLogError(#x,__FILE__,__LINE__));static void GLClearError()
{//功能：检测OpenGL错误while (glGetError() != GL_NO_ERROR);
}//参数：1.function: 发生错误的函数名
static bool GLLogError(const char* function, const char* file, int line)
{//功能：检测OpenGL错误,输出错误信息//while循环，直到glGetError()返回GL_NO_ERROR，表示没有错误发生。while (GLenum error = glGetError()){std::cout << "[OpenGL Error] (" << error << "): " << function << " " << file << ":" << line << std::endl;return false;}return true;
}//功能：定义ShaderProgramSource结构体，用于存储着色器代码
struct ShaderProgramSource
{std::string VertexSource;std::string FragmentSource;
};//功能：解析着色器代码文件。
static ShaderProgramSource ParseShader(const std::string& filepath)
{//功能：打开文件流std::ifstream stream(filepath);//定义着色器类型enum  class ShaderType{NONE=-1,VERTEX=0,FRAGMENT=1};//该变量用于存储着色器代码std::string line;//该变量用于存储着色器类型std::stringstream ss[2];//该变量是当前着色器类型ShaderType type = ShaderType::NONE;//功能：读取文件中的每一行内容，直到文件结束while (getline(stream, line)){//如果当前行包含#shader，则说明接下来是着色器代码if (line.find("#shader") != std::string::npos){//如果当前行包含vertex，则说明接下来是顶点着色器代码if (line.find("vertex") != std::string::npos){type = ShaderType::VERTEX;}else if (line.find("fragment") != std::string::npos){type = ShaderType::FRAGMENT;}}else{//否则，将当前行添加到对应着色器代码的stringstream中ss[(int)type] << line << '\n';}}//返回ShaderProgramSource结构体return { ss[0].str(), ss[1].str() };
}//功能：编译着色器代码
static unsigned int CompilesShader(unsigned int type, const std::string& source)
{//功能：创建着色器对象unsigned int id = glCreateShader(type);//功能：设置着色器源代码.const char* src = source.c_str();//功能：替换着色器对象中的源代码。将该id的指定着色器的源代码设置为src指针指向的字符串glShaderSource(id, 1, &src, nullptr);//功能：编译着色器对象的源代码glCompileShader(id);//设置返回着色器的对象IDint result;//功能：从着色器对象返回一个参数，表示编译是否成功。glGetShaderiv(id, GL_COMPILE_STATUS, &result);//如果编译失败，则输出错误信息if (result == GL_FALSE){int length;//功能：获取编译错误信息的长度glGetShaderiv(id, GL_INFO_LOG_LENGTH, &length);//分配内存，用于存储编译错误信息char* message = (char*)alloca(length*sizeof(char));//功能：获取编译错误信息glGetShaderInfoLog(id, length, &length, message);std::cout << "Failed to compile shader!" << (type == GL_VERTEX_SHADER? "Vertex" : "Fragment") << "shader!" << std::endl;std::cout << message << std::endl;//删除着色器对象glDeleteShader(id);return 0;}//TODO:错误处理ingreturn id;
}//功能：创建着色器程序
static unsigned int CreateShader(const std::string& vertexShader, const std::string& fragmentShader)
{//创建程序对象unsigned int program = glCreateProgram();//编译顶点着色器对象unsigned int vs = CompilesShader(GL_VERTEX_SHADER, vertexShader);//编译片段着色器对象unsigned int fs = CompilesShader(GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShader);//功能：将编译好的着色器对象附加到程序对象中glAttachShader(program, vs);glAttachShader(program, fs);//功能：链接程序对象glLinkProgram(program);//功能：验证着色器程序对象是否可以在当前OpenGL状态中执行。检查着色器程序的完整性和可执行性。glValidateProgram(program);//删除着色器对象,因为它们已经被链接到程序对象中glDeleteShader(vs);glDeleteShader(fs);//返回着色器程序return program;
}int main(void)
{GLFWwindow* window;//初始化glfwif (!glfwInit())return -1;//创建一个窗口模式的窗口并设置OpenGL上下文window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);if (!window)//如果窗口创建失败，则终止程序{glfwTerminate();//释放glfw资源return -1;}//设置当前窗口的上下文,之后所有的OpenGL调用都会在这个上下文中进行glfwMakeContextCurrent(window);//初始化GLEWif (glewInit() != GLEW_OK)std::cout << "Error!" << std::endl;//打印OpenGL版本信息std::cout << glGetString(GL_VERSION) << std::endl;//准备数据float position[] = {-0.5f, -0.5f,0.5f, -0.5f,0.5f,0.5f,-0.5f,0.5f,};//定义顶点索引缓存,用于标定顶点顺序unsigned int indices[] = {0,1,2,2,3,0};//定义缓冲区对象unsigned int buffer;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &buffer));//功能：将缓冲区对象绑定到目标GLCall(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2 * 4 * sizeof(float), position, GL_STATIC_DRAW));//功能：配置顶点属性指针GLCall(glEnableVertexAttribArray(0));//功能：指定顶点属性数组的索引、大小、数据类型、是否归一化、偏移量、数据指针GLCall(glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0));//索引缓冲区对象unsigned int ibo;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &ibo));//功能：将缓冲区对象绑定到目标.没有绑定为数组缓冲区GLCall(glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(unsigned int), indices, GL_STATIC_DRAW));//解析着色器代码文件ShaderProgramSource source = ParseShader("res/shaders/Basic.shader");std::string vertexShader = source.VertexSource;std::string fragmentShader = source.FragmentSource;//创建着色器程序unsigned int shader = CreateShader(vertexShader, fragmentShader);//使用着色器程序GLCall(glUseProgram(shader));//功能：获取着色器程序中 "u_Color" 的 uniform 变量的位置GLCall(int location = glGetUniformLocation(shader, "u_Color"));//检查返回值是否为 -1，避免在后续对一个不存在的 uniform 变量操作。ASSERT(location != -1);//功能：设置颜色GLCall(glUniform4f(location, 0.8f, 0.3f, 0.8f, 1.0f));//渲染循环,直到窗口被关闭while (!glfwWindowShouldClose(window)){//清除颜色缓冲区GLCall(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));//功能：绘制三角形GLCall(glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, nullptr));//刷新缓冲区并交换窗口GLCall(glfwSwapBuffers(window));//处理窗口事件,如键盘输入、鼠标移动等GLCall(glfwPollEvents());}//删除着色器程序//glDeleteProgram(shader);//释放 GLFW 库占用的所有资源。glfwTerminate();return 0;
}

2.1.3运行结果

2.12动画效果

2.1.1 完全注释代码

#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
#include<sstream>//功能：定义宏，用于在调试过程中进行条件断言，检测OpenGL错误
#define ASSERT(x) if(!(x)) __debugbreak();
//功能：定义了一个宏 GLCall(x)，用于调试 OpenGL 应用程序时检查和处理 OpenGL 错误。
#define GLCall(x) GLClearError();\x;\ASSERT(GLLogError(#x,__FILE__,__LINE__));static void GLClearError()
{//功能：检测OpenGL错误while (glGetError() != GL_NO_ERROR);
}//参数：1.function: 发生错误的函数名
static bool GLLogError(const char* function, const char* file, int line)
{//功能：检测OpenGL错误,输出错误信息//while循环，直到glGetError()返回GL_NO_ERROR，表示没有错误发生。while (GLenum error = glGetError()){std::cout << "[OpenGL Error] (" << error << "): " << function << " " << file << ":" << line << std::endl;return false;}return true;
}//功能：定义ShaderProgramSource结构体，用于存储着色器代码
struct ShaderProgramSource
{std::string VertexSource;std::string FragmentSource;
};//功能：解析着色器代码文件。
static ShaderProgramSource ParseShader(const std::string& filepath)
{//功能：打开文件流std::ifstream stream(filepath);//定义着色器类型enum  class ShaderType{NONE=-1,VERTEX=0,FRAGMENT=1};//该变量用于存储着色器代码std::string line;//该变量用于存储着色器类型std::stringstream ss[2];//该变量是当前着色器类型ShaderType type = ShaderType::NONE;//功能：读取文件中的每一行内容，直到文件结束while (getline(stream, line)){//如果当前行包含#shader，则说明接下来是着色器代码if (line.find("#shader") != std::string::npos){//如果当前行包含vertex，则说明接下来是顶点着色器代码if (line.find("vertex") != std::string::npos){type = ShaderType::VERTEX;}else if (line.find("fragment") != std::string::npos){type = ShaderType::FRAGMENT;}}else{//否则，将当前行添加到对应着色器代码的stringstream中ss[(int)type] << line << '\n';}}//返回ShaderProgramSource结构体return { ss[0].str(), ss[1].str() };
}//功能：编译着色器代码
static unsigned int CompilesShader(unsigned int type, const std::string& source)
{//功能：创建着色器对象unsigned int id = glCreateShader(type);//功能：设置着色器源代码.const char* src = source.c_str();//功能：替换着色器对象中的源代码。将该id的指定着色器的源代码设置为src指针指向的字符串glShaderSource(id, 1, &src, nullptr);//功能：编译着色器对象的源代码glCompileShader(id);//设置返回着色器的对象IDint result;//功能：从着色器对象返回一个参数，表示编译是否成功。glGetShaderiv(id, GL_COMPILE_STATUS, &result);//如果编译失败，则输出错误信息if (result == GL_FALSE){int length;//功能：获取编译错误信息的长度glGetShaderiv(id, GL_INFO_LOG_LENGTH, &length);//分配内存，用于存储编译错误信息char* message = (char*)alloca(length*sizeof(char));//功能：获取编译错误信息glGetShaderInfoLog(id, length, &length, message);std::cout << "Failed to compile shader!" << (type == GL_VERTEX_SHADER? "Vertex" : "Fragment") << "shader!" << std::endl;std::cout << message << std::endl;//删除着色器对象glDeleteShader(id);return 0;}//TODO:错误处理ingreturn id;
}//功能：创建着色器程序
static unsigned int CreateShader(const std::string& vertexShader, const std::string& fragmentShader)
{//创建程序对象unsigned int program = glCreateProgram();//编译顶点着色器对象unsigned int vs = CompilesShader(GL_VERTEX_SHADER, vertexShader);//编译片段着色器对象unsigned int fs = CompilesShader(GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShader);//功能：将编译好的着色器对象附加到程序对象中glAttachShader(program, vs);glAttachShader(program, fs);//功能：链接程序对象glLinkProgram(program);//功能：验证着色器程序对象是否可以在当前OpenGL状态中执行。检查着色器程序的完整性和可执行性。glValidateProgram(program);//删除着色器对象,因为它们已经被链接到程序对象中glDeleteShader(vs);glDeleteShader(fs);//返回着色器程序return program;
}int main(void)
{GLFWwindow* window;//初始化glfwif (!glfwInit())return -1;//创建一个窗口模式的窗口并设置OpenGL上下文window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);if (!window)//如果窗口创建失败，则终止程序{glfwTerminate();//释放glfw资源return -1;}//设置当前窗口的上下文,之后所有的OpenGL调用都会在这个上下文中进行glfwMakeContextCurrent(window);//设置刷新频率//参数：1表示程序会等待一个垂直重绘周期之后再进行缓冲区交换。大概可以理解为每秒60帧。// 如果显示器的刷新率不是 60 Hz，而是其他值（例如 75 Hz 或 120 Hz），// glfwSwapInterval(1); 会根据显示器的实际刷新率来调整程序的帧率。// glfwSwapInterval 函数通常只接受 0、1 或 -1 作为参数，分别代表无同步、垂直同步以及可自适应同步。glfwSwapInterval(1);//初始化GLEWif (glewInit() != GLEW_OK)std::cout << "Error!" << std::endl;//打印OpenGL版本信息std::cout << glGetString(GL_VERSION) << std::endl;//准备数据float position[] = {-0.5f, -0.5f,0.5f, -0.5f,0.5f,0.5f,-0.5f,0.5f,};//定义顶点索引缓存,用于标定顶点顺序unsigned int indices[] = {0,1,2,2,3,0};//定义缓冲区对象unsigned int buffer;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &buffer));//功能：将缓冲区对象绑定到目标GLCall(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2 * 4 * sizeof(float), position, GL_STATIC_DRAW));//功能：配置顶点属性指针GLCall(glEnableVertexAttribArray(0));//功能：指定顶点属性数组的索引、大小、数据类型、是否归一化、偏移量、数据指针GLCall(glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0));//索引缓冲区对象unsigned int ibo;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &ibo));//功能：将缓冲区对象绑定到目标.没有绑定为数组缓冲区GLCall(glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(unsigned int), indices, GL_STATIC_DRAW));//解析着色器代码文件ShaderProgramSource source = ParseShader("res/shaders/Basic.shader");std::string vertexShader = source.VertexSource;std::string fragmentShader = source.FragmentSource;//创建着色器程序unsigned int shader = CreateShader(vertexShader, fragmentShader);//使用着色器程序GLCall(glUseProgram(shader));//功能：获取着色器程序中 "u_Color" 的 uniform 变量的位置GLCall(int location = glGetUniformLocation(shader, "u_Color"));//检查返回值是否为 -1，避免在后续对一个不存在的 uniform 变量操作。ASSERT(location != -1);//功能：设置颜色GLCall(glUniform4f(location, 0.8f, 0.3f, 0.8f, 1.0f));float r = 0.0f;float increment = 0.05f;//渲染循环,直到窗口被关闭while (!glfwWindowShouldClose(window)){//清除颜色缓冲区GLCall(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));GLCall(glUniform4f(location, r, 0.3f, 0.8f, 1.0f))//功能：绘制三角形GLCall(glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, nullptr));//更新颜色//实现颜色的循环变化if(r > 1.0f)increment = -0.05f;else if(r < 0.0f)increment = 0.05f;r += increment;//刷新缓冲区并交换窗口GLCall(glfwSwapBuffers(window));//处理窗口事件,如键盘输入、鼠标移动等GLCall(glfwPollEvents());}//删除着色器程序//glDeleteProgram(shader);//释放 GLFW 库占用的所有资源。glfwTerminate();return 0;
}

2.1.2简洁注释代码

#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
#include<sstream>//功能：定义宏，用于在调试过程中进行条件断言，检测OpenGL错误
#define ASSERT(x) if(!(x)) __debugbreak();
//功能：定义了一个宏 GLCall(x)，用于调试 OpenGL 应用程序时检查和处理 OpenGL 错误。
#define GLCall(x) GLClearError();\x;\ASSERT(GLLogError(#x,__FILE__,__LINE__));static void GLClearError()
{//功能：检测OpenGL错误while (glGetError() != GL_NO_ERROR);
}//参数：1.function: 发生错误的函数名
static bool GLLogError(const char* function, const char* file, int line)
{//功能：检测OpenGL错误,输出错误信息//while循环，直到glGetError()返回GL_NO_ERROR，表示没有错误发生。while (GLenum error = glGetError()){std::cout << "[OpenGL Error] (" << error << "): " << function << " " << file << ":" << line << std::endl;return false;}return true;
}//功能：定义ShaderProgramSource结构体，用于存储着色器代码
struct ShaderProgramSource
{std::string VertexSource;std::string FragmentSource;
};//功能：解析着色器代码文件。
static ShaderProgramSource ParseShader(const std::string& filepath)
{//功能：打开文件流std::ifstream stream(filepath);//定义着色器类型enum  class ShaderType{NONE=-1,VERTEX=0,FRAGMENT=1};//该变量用于存储着色器代码std::string line;//该变量用于存储着色器类型std::stringstream ss[2];//该变量是当前着色器类型ShaderType type = ShaderType::NONE;//功能：读取文件中的每一行内容，直到文件结束while (getline(stream, line)){//如果当前行包含#shader，则说明接下来是着色器代码if (line.find("#shader") != std::string::npos){//如果当前行包含vertex，则说明接下来是顶点着色器代码if (line.find("vertex") != std::string::npos){type = ShaderType::VERTEX;}else if (line.find("fragment") != std::string::npos){type = ShaderType::FRAGMENT;}}else{//否则，将当前行添加到对应着色器代码的stringstream中ss[(int)type] << line << '\n';}}//返回ShaderProgramSource结构体return { ss[0].str(), ss[1].str() };
}//功能：编译着色器代码
static unsigned int CompilesShader(unsigned int type, const std::string& source)
{//功能：创建着色器对象unsigned int id = glCreateShader(type);//功能：设置着色器源代码.const char* src = source.c_str();//功能：替换着色器对象中的源代码。将该id的指定着色器的源代码设置为src指针指向的字符串glShaderSource(id, 1, &src, nullptr);//功能：编译着色器对象的源代码glCompileShader(id);//设置返回着色器的对象IDint result;//功能：从着色器对象返回一个参数，表示编译是否成功。glGetShaderiv(id, GL_COMPILE_STATUS, &result);//如果编译失败，则输出错误信息if (result == GL_FALSE){int length;//功能：获取编译错误信息的长度glGetShaderiv(id, GL_INFO_LOG_LENGTH, &length);//分配内存，用于存储编译错误信息char* message = (char*)alloca(length*sizeof(char));//功能：获取编译错误信息glGetShaderInfoLog(id, length, &length, message);std::cout << "Failed to compile shader!" << (type == GL_VERTEX_SHADER? "Vertex" : "Fragment") << "shader!" << std::endl;std::cout << message << std::endl;//删除着色器对象glDeleteShader(id);return 0;}//TODO:错误处理ingreturn id;
}//功能：创建着色器程序
static unsigned int CreateShader(const std::string& vertexShader, const std::string& fragmentShader)
{//创建程序对象unsigned int program = glCreateProgram();//编译顶点着色器对象unsigned int vs = CompilesShader(GL_VERTEX_SHADER, vertexShader);//编译片段着色器对象unsigned int fs = CompilesShader(GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShader);//功能：将编译好的着色器对象附加到程序对象中glAttachShader(program, vs);glAttachShader(program, fs);//功能：链接程序对象glLinkProgram(program);//功能：验证着色器程序对象是否可以在当前OpenGL状态中执行。检查着色器程序的完整性和可执行性。glValidateProgram(program);//删除着色器对象,因为它们已经被链接到程序对象中glDeleteShader(vs);glDeleteShader(fs);//返回着色器程序return program;
}int main(void)
{GLFWwindow* window;//初始化glfwif (!glfwInit())return -1;//创建一个窗口模式的窗口并设置OpenGL上下文window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);if (!window)//如果窗口创建失败，则终止程序{glfwTerminate();//释放glfw资源return -1;}//设置当前窗口的上下文,之后所有的OpenGL调用都会在这个上下文中进行glfwMakeContextCurrent(window);//设置刷新频率glfwSwapInterval(1);//初始化GLEWif (glewInit() != GLEW_OK)std::cout << "Error!" << std::endl;//打印OpenGL版本信息std::cout << glGetString(GL_VERSION) << std::endl;//准备数据float position[] = {-0.5f, -0.5f,0.5f, -0.5f,0.5f,0.5f,-0.5f,0.5f,};//定义顶点索引缓存,用于标定顶点顺序unsigned int indices[] = {0,1,2,2,3,0};//定义缓冲区对象unsigned int buffer;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &buffer));//功能：将缓冲区对象绑定到目标GLCall(glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2 * 4 * sizeof(float), position, GL_STATIC_DRAW));//功能：配置顶点属性指针GLCall(glEnableVertexAttribArray(0));//功能：指定顶点属性数组的索引、大小、数据类型、是否归一化、偏移量、数据指针GLCall(glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, 0));//索引缓冲区对象unsigned int ibo;//功能：生成缓冲区对象，并将数据写入缓冲区GLCall(glGenBuffers(1, &ibo));//功能：将缓冲区对象绑定到目标.没有绑定为数组缓冲区GLCall(glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo));//功能：将数据写入缓冲区GLCall(glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(unsigned int), indices, GL_STATIC_DRAW));//解析着色器代码文件ShaderProgramSource source = ParseShader("res/shaders/Basic.shader");std::string vertexShader = source.VertexSource;std::string fragmentShader = source.FragmentSource;//创建着色器程序unsigned int shader = CreateShader(vertexShader, fragmentShader);//使用着色器程序GLCall(glUseProgram(shader));//功能：获取着色器程序中 "u_Color" 的 uniform 变量的位置GLCall(int location = glGetUniformLocation(shader, "u_Color"));//检查返回值是否为 -1，避免在后续对一个不存在的 uniform 变量操作。ASSERT(location != -1);//功能：设置颜色GLCall(glUniform4f(location, 0.8f, 0.3f, 0.8f, 1.0f));float r = 0.0f;float increment = 0.05f;//渲染循环,直到窗口被关闭while (!glfwWindowShouldClose(window)){//清除颜色缓冲区GLCall(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));GLCall(glUniform4f(location, r, 0.3f, 0.8f, 1.0f))//功能：绘制三角形GLCall(glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, nullptr));//更新颜色if(r > 1.0f)increment = -0.05f;else if(r < 0.0f)increment = 0.05f;r += increment;//刷新缓冲区并交换窗口GLCall(glfwSwapBuffers(window));//处理窗口事件,如键盘输入、鼠标移动等GLCall(glfwPollEvents());}//删除着色器程序//glDeleteProgram(shader);//释放 GLFW 库占用的所有资源。glfwTerminate();return 0;
}

2.1.3运行结果

蓝色粉色渐变循环