情人节特殊图案：用OpenGL Shader绘制爱心

2023-12-14 09:54:03

爱心函数

爱心函数是一个数学函数，它可以生成一个爱心形状的轮廓。爱心函数有多种不同的形式，但最常见的形式是以下这个函数：

x^2 + y^2 - 1 = 0

这个函数可以生成一个单位圆。如果我们想生成一个爱心形状，我们可以将这个函数变形一下，变成以下这个样子：

(x^2 + y^2)^3 - x^2 * y^3 = 0

这个函数可以生成一个爱心形状。

在OpenGL中实现爱心函数

我们可以在OpenGL中使用GLSL来实现爱心函数。GLSL是一种可以在OpenGL中使用的编程语言，它可以让我们控制图形管线中的各个阶段。

首先，我们需要创建一个新的GLSL片段着色器。片段着色器是一个特殊的程序，它负责计算每个片段的颜色。

#version 330 core

in vec2 fragCoord;

uniform vec2 iResolution;

out vec4 fragColor;

void main() {
    vec2 uv = fragCoord / iResolution;

    float x = uv.x * 2.0 - 1.0;
    float y = uv.y * 2.0 - 1.0;

    float r = sqrt(x * x + y * y);
    float theta = atan(y, x);

    float爱心 = (r * r + y * y * y) * cos(3.0 * theta) - r * r * r * cos(theta);

    fragColor = vec4(爱心, 0.0, 0.0, 1.0);
}

这个片段着色器首先将片段坐标转换为归一化设备坐标(NDC)。然后，它计算片段在NDC中的位置。接着，它计算爱心函数的值。最后，它将爱心函数的值作为片段的颜色输出。

使用爱心函数绘制爱心形状

我们可以在OpenGL中使用片段着色器来绘制爱心形状。首先，我们需要创建一个新的OpenGL程序。然后，我们需要将片段着色器附加到这个程序中。最后，我们需要调用glDrawArrays()函数来绘制爱心形状。

GLuint program = glCreateProgram();
glAttachShader(program, vertexShader);
glAttachShader(program, fragmentShader);
glLinkProgram(program);

glUseProgram(program);

glUniform2fv(glGetUniformLocation(program, "iResolution"), 1, &iResolution[0]);

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);

这段代码首先创建一个新的OpenGL程序。然后，它将片段着色器附加到这个程序中。接着，它链接这个程序。然后，它使用这个程序。最后，它调用glDrawArrays()函数来绘制爱心形状。

示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示如何使用OpenGL Shader来绘制爱心形状。

#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

int main() {
    // 初始化GLFW
    glfwInit();

    // 创建GLFW窗口
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "爱心形状", NULL, NULL);

    // 设置上下文
    glfwMakeContextCurrent(window);

    // 初始化GLEW
    glewInit();

    // 创建OpenGL程序
    GLuint program = glCreateProgram();

    // 创建顶点着色器
    GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

    // 设置顶点着色器源码
    const char* vertexShaderSource = "#version 330 core\n\nin vec2 position;\n\nvoid main() {\n    gl_Position = vec4(position, 0.0, 1.0);\n}";

    // 编译顶点着色器
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);

    // 创建片段着色器
    GLuint fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);

    // 设置片段着色器源码
    const char* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n\nin vec2 fragCoord;\n\nuniform vec2 iResolution;\n\nout vec4 fragColor;\n\nvoid main() {\n    vec2 uv = fragCoord / iResolution;\n\n    float x = uv.x * 2.0 - 1.0;\n    float y = uv.y * 2.0 - 1.0;\n\n    float r = sqrt(x * x + y * y);\n    float theta = atan(y, x);\n\n    float爱心 = (r * r + y * y * y) * cos(3.0 * theta) - r * r * r * cos(theta);\n\n    fragColor = vec4(爱心, 0.0, 0.0, 1.0);\n}";

    // 编译片段着色器
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);

    // 将顶点着色器和片段着色器附加到程序中
    glAttachShader(program, vertexShader);
    glAttachShader(program, fragmentShader);

    // 链接程序
    glLinkProgram(program);

    // 使用程序
    glUseProgram(program);

    // 设置统一变量
    glUniform2fv(glGetUniformLocation(program, "iResolution"), 1, &iResolution[0]);

    // 创建顶点数据
    GLfloat vertices[] = {
        -1.0f, -1.0f,
         1.0f, -1.0f,
        -1.0f,  1.0f,
         1.0f,  1.0f
    };

    // 创建顶点缓冲对象
    GLuint vbo;
    glGenBuffers(1, &vbo);

    // 绑定顶点缓冲对象
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);

    // 将顶点数据复制到顶点缓冲对象中
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    // 设置顶点属性指针
    glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);

    // 启用顶点属性
    glEnableVertexAttribArray(0);

    // 进入渲染循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
        // 清空颜色缓冲区
        glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 绘制爱心形状
        glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);

        // 交换前后缓冲区
        glfwSwapBuffers(window);

        // 处理事件
        glfwPollEvents();
    }

    // 释放资源
    glDeleteVertexArrays(1, &vao);
    glDeleteBuffers(1, &vbo);
    glDeleteProgram(program);
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);

    // 终止GLFW
    glfwTerminate();

    return 0;
}