OpenGL-坐标系统，进入3D世界（深度测试）
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坐标系统简介git
z缓冲github
举个栗子数组
代码安全
main.cppide
截图测试
参考：LearnOpenGLspa
坐标系统简介将坐标变换为标准化设备坐标(Normalized Device Coordinate, NDC)，接着再转化为屏幕坐标的过程一般是分步进行的，也就是相似于流水线那样子。在流水线中，物体的顶点在最终转化为屏幕坐标以前还会被变换到多个坐标系统(Coordinate System)。将物体的坐标变换到几个过渡坐标系(Intermediate Coordinate System)的优势在于，在这些特定的坐标系统中，一些操做或运算更加方便和容易，这一点很快就会变得很明显。对咱们来讲比较重要的总共有5个不一样的坐标系统：
- 局部空间(Local Space，或者称为物体空间(Object Space))
- 世界空间(World Space)
- 观察空间(View Space，或者称为视觉空间(Eye Space))
- 裁剪空间(Clip Space)
- 屏幕空间(Screen Space)
为了将坐标从一个坐标系变换到另外一个坐标系，咱们须要用到几个变换矩阵，最重要的几个分别是模型(Model)、观察(View)、投影(Projection)三个矩阵。
来源于LearnOpenGL
- 局部坐标是对象相对于局部原点的坐标，也是物体起始的坐标。
- 下一步是将局部坐标变换为世界空间坐标，世界空间坐标是处于一个更大的空间范围的。这些坐标相对于世界的全局原点，它们会和其它物体一块儿相对于世界的原点进行摆放。
- 接下来咱们将世界坐标变换为观察空间坐标，使得每一个坐标都是从摄像机或者说观察者的角度进行观察的。
- 坐标到达观察空间以后，咱们须要将其投影到裁剪坐标。裁剪坐标会被处理至-1.0到1.0的范围内，并判断哪些顶点将会出如今屏幕上。
- 最后，咱们将裁剪坐标变换为屏幕坐标，咱们将使用一个叫作视口变换(Viewport Transform)的过程。视口变换将位于-1.0到1.0范围的坐标变换到由glViewport函数所定义的坐标范围内。最后变换出来的坐标将会送到光栅器，将其转化为片断。
接下来采用透视投影，即人眼所感到的近大远小。
z缓冲
接下来咱们将画多个立方体，问题来了，若是多个立方体有重叠部分，按照咱们视觉来讲，前面的物体，应该遮挡住后面的物体。
那么在OpenGL中该如何实现呢？
OpenGL存储它的全部深度信息于一个Z缓冲(Z-buffer)中，也被称为深度缓冲(Depth Buffer)。GLFW会自动为你生成这样一个缓冲（就像它也有一个颜色缓冲来存储输出图像的颜色）。深度值存储在每一个片断里面（做为片断的z值），当片断想要输出它的颜色时，OpenGL会将它的深度值和z缓冲进行比较，若是当前的片断在其它片断以后，它将会被丢弃，不然将会覆盖。这个过程称为深度测试(Depth Testing)，它是由OpenGL自动完成的。
使用下面代码开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
使用glclear函数进行清除
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);举个栗子
代码
相对于上篇文章，咱们修改了main.cpp（画了6个面，添加了深度测试）、vertexSource.txt（教程没有给颜色，去除了Color）、fragmentSource.txt（教程没有给颜色，去除了Color）
main.cpp
//头文件
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
#include "Shader.h"
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
//函数声明
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);
// 设置窗体宽高
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;
//主函数
int main()
{
// glfw: 初始化和配置
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
#ifdef __APPLE__
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
#endif
// glfw 窗体生成
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "rectwithtex", NULL, NULL);//设置标题
//判断窗体是否生成
if (window == NULL)
{
std::cout << "生成GLFW窗口失败" << std::endl;
glfwTerminate();
return -1;
}
glfwMakeContextCurrent(window);
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
// glad: 加载全部的OpenGL功能指针----------------------------------------------------------
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "初始化GLAD失败" << std::endl;
return -1;
}
//开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
// 创建并编译着色器--------------------------------------------------------------------
Shader* myShader = new Shader("vertexSource.txt", "fragmentSource.txt");
// 设置点数据 (还有缓冲) 配置点的属性（包含点坐标等） 这里设置了4个，将以索引的方式选择点来画三角形
float vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f
};
unsigned int indices[] = {
0, 1, 2, // 第一个三角形选择索引为 0 1 3的三个点
2, 3, 0, // 第一个三角形选择索引为 1 2 3的三个点
};
unsigned int VBO, VAO, EBO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glGenBuffers(1, &VBO);
glGenBuffers(1, &EBO); //注意，这里使用EBO做为缓冲对象
// 绑定顶点数组, 而后绑定并设置缓冲, 最后配置顶点属性-------------------------------
glBindVertexArray(VAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
//修改属性-----------------------------------------------------------------------------
glVertexAttribPointer(6, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(6);
//glVertexAttribPointer(7, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
//glEnableVertexAttribArray(7);
glVertexAttribPointer(8, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(8);
//纹理-------------------------------------------------------------------------------
unsigned int TexBufferA, TexBufferB;
stbi_set_flip_vertically_on_load(true);//y轴翻转
//木箱部分
glGenTextures(1, &TexBufferA);
//激活
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexBufferA);
/*glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);*/
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexBufferA);//绑定
int width, height, nrChannels;
unsigned char *data = stbi_load("container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);//生成多级渐远纹理
}
else
{
std::cout << "加载纹理失败" << std::endl;
}
stbi_image_free(data);//释放
//笑脸部分
glGenTextures(1, &TexBufferB);
glActiveTexture(GL_TEXTURE3);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexBufferB);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexBufferB);//绑定
unsigned char *data2 = stbi_load("awesomeface.png", &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data2);//注意，有Alpha通道
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);//生成多级渐远纹理
}
else
{
std::cout << "加载纹理失败" << std::endl;
}
stbi_image_free(data2);
//注意这是容许的，对glVertexAttribPointer的调用将VBO注册为顶点属性的绑定顶点缓冲区对象，因此以后咱们能够安全地解除绑定
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
// 记住：当VAO处于活动状态时，不要取消绑定EBO，由于绑定元素缓冲对象IS存储在VAO中; 保持EBO的约束力。
//glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);
// 您能够在以后取消绑定VAO，以便其余VAO调用不会意外地修改此VAO，但这种状况不多发生。不管如何，
// 修改其余VAO须要调用glBindVertexArray，所以咱们一般不会在不直接须要时解除VAO（VBO一样）的绑定。
glBindVertexArray(0);
// 取消注释此调用会绘制线框多边形。
//glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
//glm相关------------------------------------------------------------------
// 下面就是矩阵初始化的一个例子，若是使用的是0.9.9及以上版本
// 下面这行代码就须要改成:
// glm::mat4 trans = glm::mat4(1.0f)
glm::mat4 trans;
//trans = glm::translate(trans, glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
//trans = glm::rotate(trans, glm::radians(45.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
//trans = glm::scale(trans, glm::vec3(1.30, 1.30, 1.30));
glm::mat4 modelMat;
//modelMat = glm::rotate(modelMat, glm::radians(-55.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
glm::mat4 viewMat;
// 注意，咱们将矩阵向咱们要进行移动场景的反方向移动。
viewMat = glm::translate(viewMat, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));
glm::mat4 projMat;
projMat = glm::perspective(glm::radians(45.0f),800.0f / 600.0f,0.1f, 100.0f);//（透视投影，远小近大）
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
//随时间旋转
modelMat = glm::rotate(modelMat, (float)glfwGetTime() * glm::radians(1.0f), glm::vec3(0.5f, 1.0f, 0.0f));
// 输入
processInput(window);
Sleep(200);
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
//清除颜色及深度测试
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//绑定纹理
glActiveTexture(GL_TEXTURE0); // 在绑定纹理以前先激活纹理单元
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexBufferA);
glActiveTexture(GL_TEXTURE3); // 在绑定纹理以前先激活纹理单元
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexBufferB);
glBindVertexArray(VAO);
/*glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);*/
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
//使用着色器
myShader->use();
glUniform1i(glGetUniformLocation(myShader->ID, "ourTexture"), 0); // 手动设置
//glUniform1i(glGetUniformLocation(myShader->ID, "ourFace"), 3); // 手动设置
myShader->setInt("ourFace", 3); // 或者使用着色器类设置
/*unsigned int transformLoc = glGetUniformLocation(myShader->ID, "transform");*/
/*glUniformMatrix4fv(transformLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(trans));*/
unsigned int modelMatLoc = glGetUniformLocation(myShader->ID, "modelMat");
unsigned int viewMatLoc = glGetUniformLocation(myShader->ID, "viewMat");
unsigned int projMatLoc = glGetUniformLocation(myShader->ID, "projMat");
glUniformMatrix4fv(modelMatLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(modelMat));
glUniformMatrix4fv(viewMatLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(viewMat));
glUniformMatrix4fv(projMatLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projMat));
// 画矩形--------------------------------------------------------------------------
//能够知道咱们只有一个三角形VAO，不必每次都绑定它，可是咱们这么作会让代码有一点组织性
glBindVertexArray(VAO);
//glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
/*glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);*/
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
// glBindVertexArray(0); //不必每次都解绑
// 交换buffers和poll的IO事件 (按键按下/释放，鼠标移动等.)
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
//一旦他们超出已有的资源，就取消全部资源的分配：
glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
glDeleteBuffers(1, &VBO);
glDeleteBuffers(1, &EBO);
// glfw:终止，清空以前全部的GLFW的预分配资源
glfwTerminate();
return 0;
}
//查询GLFW相关按键是否被按下/释放，根据状况做出反应
void processInput(GLFWwindow *window)
{
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}
// g不管窗口大小什么时候改变（由操做系统或用户本身）这个回调函数将会被执行
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
//肯定viewport与新的窗口尺寸匹配; 请注意，宽度和高度将明显大于显示器上指定的宽度和高度。
glViewport(0, 0, width, height);
}
vertexSource.txt
#version 330 core
layout (location = 6) in vec3 aPos;
//layout (location = 7) in vec3 aColor;
layout (location = 8) in vec2 aTexCoord;
//out vec4 vertexColor;
out vec2 TexCoord;
uniform mat4 transform;
uniform mat4 modelMat;
uniform mat4 viewMat;
uniform mat4 projMat;
void main()
{
//gl_Position = transform * vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
gl_Position = projMat * viewMat * modelMat * vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
//vertexColor = vec4(aColor.x, aColor.y, aColor.z, 1.0);
TexCoord = aTexCoord;
}
fragmentSource.txt
#version 330 core
out vec4 FragColor;
//in vec4 vertexColor;
in vec2 TexCoord;
uniform sampler2D ourTexture;
uniform sampler2D ourFace;
void main()
{
//FragColor = vertexColor;
FragColor = mix(texture(ourTexture, TexCoord), texture(ourFace, TexCoord), 0.6);
}
截图
结果截图
注：随时间增大，旋转速度加快，电脑性能很差请及时关闭程序，省得变成暖宝宝。
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