用OpenGL构建一个三角形：一步一步的引导

2023-09-02 00:01:49

在三维图形的世界中，三角形是一个基本而重要的组成元素。它可以作为构建更复杂几何图形的基础，也可以单独使用来创建简单的图形效果。在本教程中，我们将向您展示如何使用OpenGL创建一个简单的三角形，并一步一步地引导您完成整个过程。

首先，我们需要了解OpenGL的图形管线。图形管线是一个将三维几何图形转化为二维图像的过程，它主要包括以下几个阶段：

顶点着色器（Vertex Shader） ：顶点着色器负责处理每个顶点的位置和属性，并将它们变换到裁剪空间中。
裁剪和剔除（Clipping and Culling） ：此阶段将裁剪掉位于视锥体外的顶点，并剔除背面朝向观察者的三角形。
透视除法（Perspective Division） ：此阶段将顶点坐标除以齐次坐标的第四个分量，从而将它们投影到观察空间中。
光栅化（Rasterization） ：此阶段将三角形分解成一系列片段，并确定每个片段的颜色值。
片段着色器（Fragment Shader） ：片段着色器负责处理每个片段的颜色值，并最终将它们输出到帧缓冲区中。

现在，让我们开始编写OpenGL代码来创建一个三角形。首先，我们需要创建一个窗口并初始化OpenGL。然后，我们需要创建和编译顶点着色器和片段着色器。接下来，我们需要创建一个顶点缓冲区对象（VBO）并填充顶点数据。最后，我们需要创建一个顶点数组对象（VAO）并指定顶点属性指针。

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

// 顶点着色器代码
const char* vertexShaderSource =
"#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
"}\n";

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

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入门", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    {
        std::cout << "创建窗口失败！" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);

    // 加载GLAD
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "加载GLAD失败！" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    // 创建顶点着色器
    GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);

    // 检查顶点着色器是否编译成功
    GLint success;
    GLchar infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "编译顶点着色器失败！" << std::endl << infoLog << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    // 创建片段着色器
    GLuint fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);

    // 检查片段着色器是否编译成功
    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "编译片段着色器失败！" << std::endl << infoLog << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    // 创建着色器程序
    GLuint shaderProgram = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram);

    // 检查着色器程序是否链接成功
    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "链接着色器程序失败！" << std::endl << infoLog << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

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

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

    // 创建顶点数组对象
    GLuint VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glBindVertexArray(VAO);

    // 设置顶点属性指针
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);

    // 启用着色器程序
    glUseProgram(shaderProgram);

    // 渲染循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // 清除颜色缓冲区
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 绘制三角形
        glBindVertexArray(VAO);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

        // 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(shaderProgram);
    glDeleteShader(fragmentShader);
    glDeleteShader(vertexShader);

    // 终止GLFW
    glfwTerminate();

    return 0;
}