OpenGL - OpenGL_程序结构 - 《计算机科学》

下面是一个OpenGL程序的最基本结构。

// 如果我们直接使用图形厂商实现的OpenGL库将会是一件异常艰难复杂的工作
// 现在市面上已经有很多第三方库，用于辅助OpenGL开发。这里采用glfw+glad库。
#include "glad.h"    // glad库，简化库函数调用，https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/mma5zk#1cf8ee09
#include "glfw3.h"    // glfw库，辅助管理窗口、GL上下文context、用户输入、事件等。https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/mma5zk#vVgy8
void initGLFW();                // 初始化glfw
void initGLAD();                // 初始化glad
GLFWwindow* createWindow();        // 创建窗口
void initGLState();                // 设置一些起始的OpenGL状态，https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/mma5zk#vJqln
void cacheData();                // 缓存一部分数据到GPU显存中，如顶点数据、纹理，shader。
void processInput();            // 处理输入
void render();                    // 渲染画面
void glEnd();                    // 循环结束，清理工作，比如清理显存中的buffer、纹理。
void main()
{
    initGLFW();                                // 初始化glfw
    GLFWWindow* window = createWindow();    // 创建窗口
    initGLAD();                                // 初始化glad
    initGLState();                            // 设置一些初始的OpenGL状态
    cacheData();                            // 预加载一些数据，如顶点数据、纹理，shader。
    // 渲染循环，一个循环就绘制一帧，一帧就是一个画面
    while(!glfwWindowShouldClose(window)) {
        if( deltaTime >= 1/frameRate ) {        // 帧率：间隔不小于1/frameRate秒才渲染一次
            processInput( window );                // 处理输入：键盘、鼠标事件等。
            render();                            // 渲染一帧
            glfwSwapBuffers( window );          // 双缓冲机制
            glfwPollEvents();    // IO轮询，检查有没有触发什么事件（keys pressed/released, mouse moved etc.）,
                                // 并调用对应的回调函数（可以通过回调方法手动设置）,更新窗口状态，
        }
    }
    glEnd();                    // 循环结束，清理工作，比如一些常驻缓存
}
void initGLFW() {
    glfwInit();        // 初始化glfw库
    // 2、配置gflw：运行要求，至少是OpenGL 3.3以上。
    glfwWindowHint( GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3 );    // 主版本号：3
    glfwWindowHint( GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3 );    // 次版本号：3
    glfwWindowHint( GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE );    // 使用opengl core profile核心模式，导致必须使用VAO。
    ......;        // 其他一些参数设置
}
void initGLAD() {
    if( !gladLoadGLLoader( ( GLADloadproc ) glfwGetProcAddress ) ) {
        cout << "Failed to initialize GLAD" << endl;
        return false;
    }
    return true;
}
GLFWwindow* createWindow() {
    GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(width, height,    // 窗口宽高
                                          windowName,         // 窗口名称
                                          NULL, NULL );
    glfwMakeContextCurrent(window);
    // glfwSetCursorPosCallback(...);            // 鼠标移动回调
    // glfwSetScrollCallback(...);                // 鼠标滚轮回调
    // glfwSetFramebufferSizeCallback(...);        // 窗口大小改变回调
    ......
    return window;
}
void initGLState() {
    // glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);    // GL_LINE：线框模式；GL_FILL：填充模式
    // glEnable(GL_DEPTH_TEST);        // 开启深度测试
    // glEnable(GL_BLEND);            // 开启混合
    // glEnable(GL_STENCIL_TEST);    // 开启模板测试
}
void cacheData() {
    // 构建着色器，详细见https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/lrzlc9
    // 一般就是顶点着色器、片段着色器，再高级一点用到几何着色器、细分着色器
    auto shader = buildShader(...);    
    // 构建顶点数据，详细见https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/nq6g1c
    build_VAO_VBO_EBO(...);            
    // 构建纹理（图片文件数据转换成合适纹理格式上传至GPU显存中），
    // 详细见https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/d53753ed-0848-468a-a41a-62ca25b9b4fc
    loadTexture(...);                
}
void processInput(){
    glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS;    // 按下esc键
    glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS;    // 松开esc键
    ......
}
void render() {
    // 绘制工作流程，总的来说就两步：
    //        1、准备数据：着色器、顶点数据、纹理等等
    //        2、执行绘制：glDrawArrays\glDrawElements。
    // *********************************************
    // ************ 一、设置GL state
    // *********************************************
    glClearColor( 0.1f, 0.1f, 0.1f, 0.1f );
    glEnable( GL_DEPTH_TEST );        // 深度测试
    ......
    // *********************************************
    // ************ 二、设置shader，见OpenGL_shader部分
    // *********************************************
    glUseProgram(shaderID);        // 在渲染管线上着色器使用shaderID指定的着色器。
                                // 后续的顶点数据将由指定的顶点着色器处理
                                // 生成的片段将由指定的片段着色器处理
    // 设置shader中的uniform全局变量值，比如设置MVP矩阵，纹理sampler
    // 下面是作用，用glsl伪代码描述：uniform int name = value，当然实际不能直接赋值。
    GLint uniformLocation = glGetUniformLocation(shaderID, name);
    glUniform1i(shaderID, name, value);        // 还有很多的glUniform*(...)函数用于给各种类型赋值。
    // *********************************************
    // ************ 三、绑定纹理
    // *********************************************
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture0);        // texture unit 0 绑定纹理texture0
    glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);        // texture unit 0 绑定纹理texture1
    ......;
    // 通过上面的工作，就可以在片段着色器中同时使用多张纹理（多重纹理）
    // *********************************************
    // ************ 四、绑定VAO、VBO、EBO
    // *********************************************
    // 从CPU内存大批量上传顶点数据到GPU内存中，作为顶点着色器的输入。
    // 详细见https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/nq6g1c
    glBindVertexArray( VAO_id );        // 一般都是采用VAO，简化设置工作
    ......;  
    // *********************************************
    // ************ 五、其他一些数据，如framebuffer
    // *********************************************
    // 详细见：https://www.yuque.com/tvvhealth/cs/kos5bz
    glBindFrameBuffer( ...... );
    ......;
    // *********************************************
    // ************ 六、执行绘制
    // *********************************************
    glDrawArrays(......);        // 采用顶点数据绘制
    glDrawElements(......);        // 采用顶点索引绘制，节省顶点数
}
void glEnd() {
    // 为了减少CPU和GPU之间数据传输，提升效率，我们可以将CPU内存中的数据缓存到GPU显存中。
    // 这也就意味这些数据会常驻于显存中，因此我们需要及时的清除。常见的缓存数据有如下这些：
    glDeleteTextures(n, &textures);                // 清理纹理对象
    glDeleteVertexArrays(n, &VAOs);                // 清理VAO顶点数组对象
    glDeleteBuffers(n, &buffers);                // 清理各种缓冲对象（VBO顶点缓冲对象、EBO索引缓冲对象）
    glDeleteProgram(shaderProgramIDs);            // 清理着色器程序对象
    glDeleteFramebuffers(n, &framebuffers);        // 清理自建帧缓冲对象（RenderTexture）
    glDeleteRenderbuffers(n, &renderbuffers);    // 清理自建渲染缓存对象（RenderTexture）
    ......
}