OpenGL入门003——使用Factory设计模式简化渲染流程

前面两节已经学会了如何使用opengl创建窗口并绘制三角形，我们可以看出有些步骤是固定的，而且都写在main.cpp，这一节我们将了解如何使用Factroy设计模型。将模型渲染逻辑封装在一个单独的类中，简化开发流程，且提高代码复用性。

一些概念

Factory设计模式

概述： 提供了一种将对象的实例化过程封装起来的方式， 使得客户端可以通过调用Factroy类的方法来创建对象。

作用：

• 封装对象的创建过程，将对象的实例化过程封装在Factory类中，客户端可以通过调用工厂类的方法来创建对象，而无需知道对象的具体实现细节
• 隐藏对象的创建逻辑，从而实现对象的创建逻辑和客户端代码的分离
• 提高代码的可维护性和可扩展性以及复用性

实战

简介

怎么在vscode上使用cmake构建项目，具体可以看这篇Windows上如何使用CMake构建项目 - 凌云行者的博客

目的： 使用Factory设计模式绘制一个三角形

环境：

• 编译工具链：使用msys2安装的mingw-gcc
• 依赖项：glfw3:x64-mingw-static，glad:x64-mingw-static（通过vcpkg安装）

utils

创建utils目录，将windowFactory.h，TriangleModel.h，TriangleMode.cpp文件放到这个目录下面

windowFactory.h

作用： 实现创建窗口对象的Factory类

#pragma once
#include <glad/glad.h> // gald前面不能包含任何opengl头文件
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <functional>
#include <iostream>using std::cout;
using std::endl;class GLFWWindowFactory {
public:// 默认构造函数GLFWWindowFactory() {}// 构造函数，初始化窗口GLFWWindowFactory(int width, int height, const char* title) {// 初始化glfwglfwInit();// 设置opengl版本glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);// 使用核心模式：确保不使用任何被弃用的功能glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 创建glfw窗口this->window = glfwCreateWindow(width, height, title, NULL, NULL);if (this->window == NULL) {cout << "Failed to create GLFW window" << endl;glfwTerminate();exit(-1);}// 设置当前窗口的上下文glfwMakeContextCurrent(this->window);// 设置窗口大小改变的回调函数glfwSetFramebufferSizeCallback(this->window, framebuffer_size_callback);// 加载所有opengl函数指针if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {cout << "Failed to initialize GLAD" << endl;}// 再次设置当前窗口的上下文，确保当前上下文仍然是刚刚创建的窗口，是一个安全措施glfwMakeContextCurrent(this->window);// 设置窗口大小改变的回调函数glfwSetFramebufferSizeCallback(this->window, framebuffer_size_callback);}// 获取窗口对象GLFWwindow* getWindow() {return this->window;}// 运行窗口，传入一个自定义的更新函数void run(std::function<void()> updateFunc) {// 启用深度测试，opengl将在绘制每个像素之前比较其深度值，以确定该像素是否应该被绘制glEnable(GL_DEPTH_TEST);// 循环渲染while (!glfwWindowShouldClose(this->window)) { // 检查是否应该关闭窗口// 清空屏幕所用的颜色glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);// 清空颜色缓冲，主要目的是为每一帧的渲染准备一个干净的画布glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);// 处理输入GLFWWindowFactory::process_input(this->window);// 执行更新函数updateFunc();// 交换缓冲区glfwSwapBuffers(this->window);// 处理所有待处理事件，去poll所有事件，看看哪个没处理的glfwPollEvents();}// 终止GLFW，清理GLFW分配的资源glfwTerminate();}// 窗口大小改变的回调函数static void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height) {// 确保视口与新窗口尺寸匹配，注意在视网膜显示器上，宽度和高度会显著大于指定值glViewport(0, 0, width, height);}// 处理输入static void process_input(GLFWwindow* window) {// 按下ESC键时进入if块if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)// 关闭窗口glfwSetWindowShouldClose(window, true);}private:// 窗口对象GLFWwindow* window;
};

TriangleModel.h

作用： 三角模型的头文件

#include <glad/glad.h>class TriangleModel {
public: // 默认构造函数TriangleModel();// 默认析构函数~TriangleModel();// 绘制三角形void draw();private:unsigned int VAO;unsigned int VBO;// 着色器程序unsigned int shaderProgram;// 编译着色器void compileShaders();// 设置缓冲区void setupBuffers();
};

TriangleMode.cpp

作用： 三角形模型的具体实现

#include "TriangleModel.h"
#include <iostream>using std::cout;
using std::endl;// 顶点属性位置
const int VERTEX_ATTR_POSITION = 0;
// 每个顶点的组件数
const int NUM_COMPONENTS_PER_VERTEX = 3;// 默认构造函数
TriangleModel::TriangleModel() {// 编译着色器compileShaders();// 设置缓冲区setupBuffers();
}// 析构函数
TriangleModel::~TriangleModel() {// 删除VAOglDeleteVertexArrays(1, &this->VAO);// 删除VBOglDeleteBuffers(1, &this->VBO);
}/// public
// 绘制三角形
void TriangleModel::draw() {// 使用着色器程序glUseProgram(this->shaderProgram);// 绑定VAOglBindVertexArray(this->VAO);// 绘制三角形glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
}/// private
// 编译着色器
void TriangleModel::compileShaders() {// 顶点着色器源码const char* vertexShaderSource = "#version 330 core\n" // 指定了GLSL（OpenGL着色器语言）的版本"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n" // 定义了一个输入变量aPos，它是一个vec3类型的变量, 并且指定了它的位置值为0, 这意味着顶点属性数组的第一个属性将被绑定到这个变量"void main()\n""{\n""   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n" // 将输入的顶点位置aPos转换为一个四维向量，gl_Postion是OpengGL固定功能管线中用于存储顶点位置的变量"}\0";// 片段着色器源码const char* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n" // 指定了GLSL（OpenGL着色器语言）的版本"out vec4 FragColor;\n" // 定义了一个输出变量FragColor，它是一个vec4类型的变量，表示片段颜色，out关键字表示这个变量将输出到渲染管线的下一个阶段"void main()\n""{\n""   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n" // 将输出颜色设置为橙色"}\n\0";// 构建并编译顶点着色程序// 创建一个着色器对象，GL_VERTEX_SHADER表示顶点着色器unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);// 将着色器源码附加到着色器对象上glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);// 编译着色器glCompileShader(vertexShader);// 检查着色器是否编译成功int success;char infoLog[512];glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) {glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n"<< infoLog << endl;}// 构建并编译片段着色器// 创建一个着色器对象，GL_FRAGMENT_SHADER表示片段着色器unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);// 将着色器源码附加到着色器对象上glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);// 编译着色器glCompileShader(fragmentShader);// 检查着色器是否编译成功glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) {glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n"<< infoLog << endl;}// 创建着色器程序对象this->shaderProgram = glCreateProgram();// 将着色器对象附加到着色器程序上glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);// 链接程序对象glLinkProgram(shaderProgram);// 检查链接是否成功glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);if (!success) {glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n"<< infoLog << endl;}// 删除着色器对象glDeleteShader(vertexShader);glDeleteShader(fragmentShader);
}// 设置缓冲区
void TriangleModel::setupBuffers() {// 顶点数据float vertices[] = {-0.5f, -0.5f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.0f,0.0f, 0.5f, 0.0f,1.0f, -0.5f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.0f,0.25f, 0.0f, 0.0f};// 生成一个VAOglGenVertexArrays(1, &this->VAO);// 绑定VAO，使其成为当前操作的VAOglBindVertexArray(this->VAO);// 生成一个VBOglGenBuffers(1, &this->VBO);// 绑定VBO, 使其成为当前操作的VBO，GL_ARRAY_BUFFER表示顶点缓冲区glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, this->VBO);// 为当前绑定的VBO创建并初始化数据存储，GL_STATIC_DRAW表示数据将一次性提供给缓冲区，并且在之后的绘制过程中不会频繁更改glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);// 定义顶点属性的布局// - index：顶点属性的索引// - size：每个顶点属性的数量，每个顶点有三个分享// - type：数据类型// - normalized：是否将非浮点数值归一化// - stride：连续顶点属性之间的间隔// - pointer：数据在缓冲区中的偏移量glVertexAttribPointer(VERTEX_ATTR_POSITION, NUM_COMPONENTS_PER_VERTEX, GL_FLOAT, GL_FALSE, NUM_COMPONENTS_PER_VERTEX * sizeof(float), (void*)0);// 启用顶点属性数组glEnableVertexAttribArray(VERTEX_ATTR_POSITION);
}

main.cpp

#include "utils/TriangleModel.h"
#include "utils/windowFactory.h"int main() {// 创建一个窗口Factory对象GLFWWindowFactory myWindow(800, 600, "This is Title");// 创建一个三角形模型对象TriangleModel triangle;// 运行窗口，传入一个lambda表达式，用于自定义渲染逻辑myWindow.run([&]() {// 绘制三角形triangle.draw();});return 0;
}

CMakeLists.txt

# 设置CMake的最低版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
# 设置项目名称
project(HelloFactory)# vcpkg集成, 这里要换成你自己的vcpkg工具链文件和共享库路径
set(VCPKG_ROOT D:/software6/vcpkg/)
set(CMAKE_TOOLCHAIN_FILE ${VCPKG_ROOT}/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake)
set(CMAKE_PREFIX_PATH ${VCPKG_ROOT}/installed/x64-mingw-static/share)# 查找所需的包
find_package(glad CONFIG REQUIRED)
find_package(glfw3 CONFIG REQUIRED)# 搜索并收集utils文件夹下的所有源文件
file(GLOB UTILS "utils/*.cpp", "utils/*.h")# 添加可执行文件（还要加入utils文件夹下的源文件）
add_executable(HelloFactory main.cpp ${UTILS})# 链接所需的库
target_link_libraries(HelloFactory PRIVATE glad::glad glfw)

最终效果