QT+OpenGL高级数据和高级GLSL

QT+OpenGL高级数据和高级GLSL

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高级数据

• OpenGL中的缓冲区 对象管理特定的GPU内存

• 在将缓冲区绑定到特定的缓冲区目标时候赋予它意义

• OpenGL在内部会保存每个目标（缓冲区）的引用，并且根据目标以不同的方式处理缓冲区。

glBufferData 填充缓冲对象所管理的内存

glBufferSubData 填充缓冲的特定区域

glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, 24, sizeof(data), &data);

将数据导入缓冲区的另外一种方法：

• 通过调用glMapBuffer函数，OpenGL会返回当前绑定的缓冲区的内存指针
• 直接将数据复制到缓冲中 glMapBuffer使用的时候，缓冲区的内存必须已经存在

float data[] = {0.5f, 1.0f, -0.35f...
};
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
// 获取指针
void *ptr = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
// 复制数据到内存
memcpy(ptr, data, sizeof(data));
// 记得告诉OpenGL我们不再需要这个指针了
glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);

分批顶点属性

float positions[] = { ... };
float normals[] = { ... };
float tex[] = { ... };
// 填充缓冲
glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, 0, sizeof(positions), &positions);
glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(positions), sizeof(normals), &normals);
glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(positions) + sizeof(normals), sizeof(tex), &tex);

使用glVertexAttribPointer，指定顶点数组缓冲区内筒的属性布局。

glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), 0);  
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)(sizeof(positions)));  
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 2 * sizeof(float), (void*)(sizeof(positions) + sizeof(normals)));

复制缓冲

当你的缓冲已经填充好数据之后，你可能会想与其它的缓冲共享其中的数据，或者想要将缓冲的内容复制到另一个缓冲当中。glCopyBufferSubData能够让我们相对容易地从一个缓冲中复制数据到另一个缓冲中。这个函数的原型如下：

void glCopyBufferSubData(GLenum readtarget, GLenum writetarget, GLintptr readoffset,GLintptr writeoffset, GLsizeiptr size);

readtarget和writetarget参数需要填入复制源和复制目标的缓冲目标

如果想读写数据的两个不同缓冲都为顶点数组缓冲该怎么办？使用下面的例子：

float vertexData[] = { ... };
glBindBuffer(GL_COPY_READ_BUFFER, vbo1);
glBindBuffer(GL_COPY_WRITE_BUFFER, vbo2);
glCopyBufferSubData(GL_COPY_READ_BUFFER, GL_COPY_WRITE_BUFFER, 0, 0, sizeof(vertexData));

float vertexData[] = { ... };
glBindBuffer(GL_COPY_READ_BUFFER, vbo1);
glBindBuffer(GL_COPY_WRITE_BUFFER, vbo2);
glCopyBufferSubData(GL_COPY_READ_BUFFER, GL_COPY_WRITE_BUFFER, 0, 0, sizeof(vertexData));

高级GLSL

顶点着色器变量

• gl_Position : 输出变量，顶点着色器的裁减空间位置向量
• gl_PointSize ：输出变量，是一个float变量，设置点的宽高(像素)

glEnable(GL_PROGRAM_POINT_SIZE); 

• gl_VertexID ：输入变量，储存了正在绘制顶点的当前ID

shader.vert

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoords;
out vec3 Normal;
out vec3 FragPos;
out vec2 TexCoords;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
void main() 
{TexCoords=aTexCoords;Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;FragPos=vec3(model * vec4(aPos,1.0));gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);gl_PointSize = gl_Position.z;
}

片段着色器变量

• gl_FragCoord ：的x和y分量是片段的窗口空间的坐标，其原点为窗口的左下角，z分量等于对应片段的深度值
• gl_FrontFacing ：变量是一个bool如果当前片段是正面向的一部分那么就是true, 否则就是false
• gl_FragDepth ： 着色器内设置片段的深度值

shader.frag

void main() {if(gl_FragCoord.x < 400 )FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);elseFragColor = vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
}

gl_FrontFacing ：变量是一个bool如果当前片段是正面向的一部分那么就是true, 否则就是false

#version 330 core
out vec4 FragColor;
in vec2 TexCoords;
uniform sampler2D frontTexture;
uniform sampler2D backTexture;
void main()
{             if(gl_FrontFacing)FragColor = texture(frontTexture, TexCoords);elseFragColor = texture(backTexture, TexCoords);
}

gl_FragDepth ： 着色器内设置片段的深度值

#version 420 core // 注意GLSL的版本！
out vec4 FragColor;
layout (depth_greater) out float gl_FragDepth;void main()
{             FragColor = vec4(1.0);gl_FragDepth = gl_FragCoord.z + 0.1;
}  

layout (depth_<condition>) out float gl_FragDepth;

condition可以为下面的值：

条件	描述
any	默认值。提前深度测试是禁用的，你会损失很多性能
greater	你只能让深度值比gl_FragCoord.z更大
less	你只能让深度值比gl_FragCoord.z更小
unchanged	如果你要写入gl_FragDepth，你将只能写入gl_FragCoord.z的值

接口块

接口块的声明和struct的声明有点相像，不同的是，现在根据它是一个输入还是输出块(Block)，使用in或者out关键字来定义的。

shader.vert

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec2 aTexCoords;uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;out VS_OUT
{vec2 TexCoords;
} vs_out;void main()
{gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);    vs_out.TexCoords = aTexCoords;
}  

shader.frag

#version 330 core
out vec4 FragColor;in VS_OUT
{vec2 TexCoords;
} fs_in;uniform sampler2D texture;void main()
{             FragColor = texture(texture, fs_in.TexCoords);   
}

只要两个接口块的名字一样，对应的输入和输出将会匹配起来。

块名应该是和着色器中一样的（VS_OUT）但是实例名称（vs_out, fs_in）是可以随意的。

Uniform缓冲对象

当使用多于一个的着色器时候，尽管大部分的uniform变量都是相同的，我们还是需要不断的设置它们。解决办法：全局uniform变量。

shader.vert

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (std140) uniform Matrices
{mat4 projection;mat4 view;
};
uniform mat4 model;
void main()
{// uniform 块中的变量可以直接访问，不需要加块名称作为前缀。gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}

其中 layout (std140) 设置了Uniform块布局

使用std140布局计算出每个成员的对齐偏移量：

layout (std140) uniform ExampleBlock
{// 基准对齐量       // 对齐偏移量float value;     // 4               // 0 vec3 vector;     // 16              // 16  (必须是16的倍数，所以 4->16)mat4 matrix;     // 16              // 32  (列 0)// 16              // 48  (列 1)// 16              // 64  (列 2)// 16              // 80  (列 3)float values[3]; // 16              // 96  (values[0])// 16              // 112 (values[1])// 16              // 128 (values[2])bool boolean;    // 4               // 144int integer;     // 4               // 148
}; 

类型	布局规则
标量，比如int和bool	每个标量的基准对齐量为N。
向量	2N或者4N。这意味着vec3的基准对齐量为4N。
标量或向量的数组	每个元素的基准对齐量与vec4的相同。
矩阵	储存为列向量的数组，每个向量的基准对齐量与vec4的相同。
结构体	等于所有元素根据规则计算后的大小，但会填充到vec4大小的倍数。

我们已经讨论了如何在着色器中定义Uniform块，并设定它们的内存布局了，但我们还没有讨论该如何使用它们。

首先，我们需要调用glGenBuffers，创建一个Uniform缓冲对象。一旦我们有了一个缓冲对象，我们需要将它绑定到GL_UNIFORM_BUFFER目标，并调用glBufferData，分配足够的内存。

unsigned int uboExampleBlock;
glGenBuffers(1, &uboExampleBlock);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, uboExampleBlock);
glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, 152, NULL, GL_STATIC_DRAW); // 分配152字节的内存
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, 0);

UBO代码实现

具体实现请参照tag-UBO