OpenGL正方形绘制及上下左右移动详解

OpenGL简介

OpenGL是一个跨平台的图形库，用于创建三维计算机图形。它是一个低级的图形库，这意味着它直接与图形硬件进行交互。OpenGL被广泛用于游戏、视频编辑和科学可视化等领域。

绘制正方形

要使用OpenGL绘制正方形，我们需要遵循以下步骤：

1. 创建OpenGL上下文。

OpenGL上下文是一个与图形硬件关联的特殊环境，它是OpenGL进行渲染操作的场所。创建OpenGL上下文需要使用操作系统提供的函数。

2. 加载着色器程序。

着色器程序是OpenGL用来渲染图形的程序。它由两个着色器组成：顶点着色器和片段着色器。顶点着色器负责处理顶点数据，片段着色器负责处理片元数据。

3. 创建顶点缓冲区对象。

顶点缓冲区对象是一个存储顶点数据的缓冲区。顶点数据包括顶点的位置、颜色和纹理坐标等信息。

4. 创建索引缓冲区对象。

索引缓冲区对象是一个存储索引数据的缓冲区。索引数据告诉OpenGL如何将顶点组装成几何图形。

5. 绑定顶点缓冲区对象和索引缓冲区对象。

将顶点缓冲区对象和索引缓冲区对象绑定到OpenGL的管道中，以便OpenGL可以访问这些数据。

6. 绘制正方形。

使用OpenGL的glDrawElements函数绘制正方形。这个函数需要提供索引缓冲区对象作为参数，以便OpenGL知道如何将顶点组装成正方形。

实现正方形的上下左右移动

要实现正方形的上下左右移动，我们需要使用矩阵变换。矩阵变换可以将正方形平移、旋转和缩放。

平移矩阵：

[1, 0, 0, 0]
[0, 1, 0, 0]
[0, 0, 1, 0]
[x, y, z, 1]

旋转矩阵：

[cos(theta), -sin(theta), 0, 0]
[sin(theta), cos(theta), 0, 0]
[0, 0, 1, 0]
[0, 0, 0, 1]

缩放矩阵：

[x_scale, 0, 0, 0]
[0, y_scale, 0, 0]
[0, 0, z_scale, 0]
[0, 0, 0, 1]

要将矩阵变换应用到正方形，我们需要将矩阵变换矩阵与正方形的模型矩阵相乘。模型矩阵是一个4x4矩阵，它定义了正方形在世界空间中的位置、旋转和缩放。

model_matrix = translation_matrix * rotation_matrix * scale_matrix;

将模型矩阵应用到正方形后，OpenGL就会根据模型矩阵来渲染正方形。

完整示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示了如何使用OpenGL绘制正方形，并实现正方形的上下左右移动：

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

// 顶点着色器代码
const char *vertex_shader_source =
    "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "uniform mat4 model;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "    gl_Position = model * vec4(aPos, 1.0);\n"
    "}\n";

// 片段着色器代码
const char *fragment_shader_source =
    "#version 330 core\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "    FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n"
    "}\n";

// 顶点数据
float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f, 0.0f
};

// 索引数据
unsigned int indices[] = {
    0, 1, 2,
    0, 2, 3
};

int main()
{
    // 初始化GLFW
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

    // 创建窗口
    GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "OpenGL正方形绘制", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    {
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);

    // 初始化GLEW
    glewExperimental = GL_TRUE;
    if (glewInit() != GLEW_OK)
    {
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    // 创建着色器程序
    unsigned int shader_program = glCreateProgram();

    // 编译顶点着色器
    unsigned int vertex_shader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertex_shader, 1, &vertex_shader_source, NULL);
    glCompileShader(vertex_shader);

    // 编译片段着色器
    unsigned int fragment_shader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragment_shader, 1, &fragment_shader_source, NULL);
    glCompileShader(fragment_shader);

    // 将着色器附加到着色器程序
    glAttachShader(shader_program, vertex_shader);
    glAttachShader(shader_program, fragment_shader);

    // 链接着色器程序
    glLinkProgram(shader_program);

    // 使用着色器程序
    glUseProgram(shader_program);

    // 创建顶点缓冲区对象
    unsigned int VBO;
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    // 创建索引缓冲区对象
    unsigned int IBO;
    glGenBuffers(1, &IBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, IBO);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    // 绑定顶点缓冲区对象和索引缓冲区对象
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, IBO);

    // 获取顶点着色器中的位置属性位置
    unsigned int pos_loc = glGetAttribLocation(shader_program, "aPos");
    glEnableVertexAttribArray(pos_loc);
    glVertexAttribPointer(pos_loc, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void *)0);

    // 获取顶点着色器中的模型矩阵统一变量位置
    unsigned int model_loc = glGetUniformLocation(shader_program, "model");

    // 矩阵变换
    glm::mat4 translation_matrix = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f));
    glm::mat4 rotation_matrix = glm::rotate(glm::mat4(1.0f), 0.0f, glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
    glm::mat4 scale_matrix = glm::scale(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f));
    glm::mat4 model_matrix = translation_matrix * rotation_matrix * scale_matrix;

    // 渲染循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {