c++ - 在现代 OpenGL 中画一条线
问题描述
我只是想在屏幕上画一条线。我正在使用 OpenGL 4.6。我发现的所有教程都使用了glVertexPointer，据我所知，它已被弃用。
我知道如何使用缓冲区绘制三角形，所以我尝试了一条线。它不起作用，只是显示黑屏。（我正在使用 GLFW 和 GLEW，并且我正在使用我已经在三角形上测试过的顶点+片段着色器）
// Make line
float line[] = {
0.0, 0.0,
1.0, 1.0
};
unsigned int buffer; // The ID, kind of a pointer for VRAM
glGenBuffers(1, &buffer); // Allocate memory for the triangle
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer); // Set the buffer as the active array
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2 * sizeof(float), line, GL_STATIC_DRAW); // Fill the buffer with data
glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 2 * sizeof(float), 0); // Specify how the buffer is converted to vertices
glEnableVertexAttribArray(0); // Enable the vertex array
// Loop until the user closes the window
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
// Clear previous
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// Draw the line
glDrawArrays(GL_LINES, 0, 2);
// Swap front and back buffers
glfwSwapBuffers(window);
// Poll for and process events
glfwPollEvents();
}
我是朝着正确的方向前进，还是当前的最佳实践是完全不同的方法？如果是，我该如何修复我的代码？
解决方案
问题是对glBufferData. 第二个参数是以字节为单位的缓冲区大小。由于顶点数组由 2 个坐标和 2 个分量组成，缓冲区的大小是4 * sizeof(float)而不是2 * sizeof(float)：
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2 * sizeof(float), line, GL_STATIC_DRAW);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4 * sizeof(float), line, GL_STATIC_DRAW);
但请注意，它仍然不是“现代”的 OpenGL。如果要使用核心配置文件OpenGL Context，则必须使用Shader程序和Vertex Array Object
但是，如果您使用的是核心 OpenGL 上下文并且设置了前向兼容性位，则线的宽度 ( glLineWidth) 不能大于 1.0。
请参阅OpenGL 4.6 API 核心配置文件规范 - E.2 已弃用和删除的功能
宽线 - LineWidth值大于1.0将产生
INVALID_VALUE错误。
你必须找到不同的方法。
我建议使用Shader ，它会沿着线条（甚至是线条循环）生成三角形图元。
任务是生成粗线带，尽可能少的 CPU 和 GPU 开销。这意味着要避免在 CPU 以及几何着色器（或曲面细分着色器）上计算多边形。
线的每一段由一个四边形组成，该四边形由 2 个三角形图元分别代表 6 个顶点。
0 2 5
+-------+ +
| / / |
| / / |
| / / |
+ +-------+
1 3 4
必须在线段之间找到斜接，并且必须将四边形切割成斜接。
+----------------+
| / |
| segment 1 / |
| / |
+--------+ |
| segment 2
| |
| |
+-------+
使用线条的角点创建一个数组。第一个点和最后一个点定义线带的起点和终点切线。所以需要在行前加1点，行后加1点。当然，通过比较索引与 0 和数组的长度来识别数组的第一个和最后一个元素是很容易的，但是我们不想在着色器中进行任何额外的检查。
如果必须绘制线循环，则必须将最后一个点添加到数组头部，并将第一个点添加到它的尾部。
点数组存储到着色器存储缓冲区对象。我们利用的好处是，SSBO 的最后一个变量可以是一个可变大小的数组。在旧版本的 OpenGL（或 OpenGL ES）中，可以使用统一缓冲区对象甚至纹理。
着色器不需要任何顶点坐标或属性。我们只需要知道线段的索引。坐标存储在缓冲区中。为了找到索引，我们使用当前正在处理的顶点的索引（gl_VertexID）。
要绘制带N线段的线带，6*(N-1)必须处理顶点。
我们必须创建一个“空”顶点数组对象（没有任何顶点属性规范）：
glGenVertexArrays(1, &vao);
glBindVertexArray(vao);
并绘制2*(N-1)三角形（6*(N-1)顶点）：
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6*(N-1));
对于 SSBO 中的坐标数组，使用数据类型vec4（请相信我，您不想使用vec3）：
layout(std430, binding = 0) buffer TVertex
{
vec4 vertex[];
};
计算顶点坐标所属的线段的索引和两个三角形中点的索引：
int line_i = gl_VertexID / 6;
int tri_i = gl_VertexID % 6;
由于我们正在绘制N-1线段，但数组中的元素数量为，因此可以访问顶点着色器中处理的每个顶点N+2的元素形式。和是线段的起点和终点坐标。并且需要计算斜接。vertex[line_t]vertex[line_t+3]
vertex[line_t+1]vertex[line_t+2]vertex[line_t]vertex[line_t+3]
线的粗细应以像素为单位（uniform float u_thickness）。坐标必须从模型空间转换到窗口空间。为此，必须知道视口的分辨率 ( uniform vec2 u_resolution)。不要忘记透视分割。线条的绘制甚至可以在透视投影中使用。
vec4 va[4];
for (int i=0; i<4; ++i)
{
va[i] = u_mvp * vertex[line_i+i];
va[i].xyz /= va[i].w;
va[i].xy = (va[i].xy + 1.0) * 0.5 * u_resolution;
}
如果前导点或后继点等于线段的起点或终点，斜接计算甚至可以工作。在这种情况下，线的末端垂直于其切线进行切割：
vec2 v_line = normalize(va[2].xy - va[1].xy);
vec2 nv_line = vec2(-v_line.y, v_line.x);
vec2 v_pred = normalize(va[1].xy - va[0].xy);
vec2 v_succ = normalize(va[3].xy - va[2].xy);
vec2 v_miter1 = normalize(nv_line + vec2(-v_pred.y, v_pred.x));
vec2 v_miter2 = normalize(nv_line + vec2(-v_succ.y, v_succ.x));
在最终的顶点着色器中，我们只需要计算v_miter1或v_miter2依赖于tri_i. 使用斜接、线段的法向量和线粗 ( u_thickness)，可以计算顶点坐标：
vec4 pos;
if (tri_i == 0 || tri_i == 1 || tri_i == 3)
{
vec2 v_pred = normalize(va[1].xy - va[0].xy);
vec2 v_miter = normalize(nv_line + vec2(-v_pred.y, v_pred.x));
pos = va[1];
pos.xy += v_miter * u_thickness * (tri_i == 1 ? -0.5 : 0.5) / dot(v_miter, nv_line);
}
else
{
vec2 v_succ = normalize(va[3].xy - va[2].xy);
vec2 v_miter = normalize(nv_line + vec2(-v_succ.y, v_succ.x));
pos = va[2];
pos.xy += v_miter * u_thickness * (tri_i == 5 ? 0.5 : -0.5) / dot(v_miter, nv_line);
}
最后，窗口坐标必须转换回剪辑空间坐标。从窗口空间转换为标准化设备空间。必须扭转视角鸿沟：
pos.xy = pos.xy / u_resolution * 2.0 - 1.0;
pos.xyz *= pos.w;
着色器可以生成以下多边形（用 渲染glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)）
（使用默认模式 - glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL)）
对于以下简单的演示程序，我使用GLFW API 创建窗口，使用 GLEW加载 OpenGL，使用GLM -OpenGL 数学进行数学运算。我不提供函数的代码CreateProgram，它只是从顶点着色器和片段着色器源代码创建一个程序对象：
#include <vector>
#include <string>
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
#include <gl/gl_glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
std::string vertShader = R"(
#version 460
layout(std430, binding = 0) buffer TVertex
{
vec4 vertex[];
};
uniform mat4 u_mvp;
uniform vec2 u_resolution;
uniform float u_thickness;
void main()
{
int line_i = gl_VertexID / 6;
int tri_i = gl_VertexID % 6;
vec4 va[4];
for (int i=0; i<4; ++i)
{
va[i] = u_mvp * vertex[line_i+i];
va[i].xyz /= va[i].w;
va[i].xy = (va[i].xy + 1.0) * 0.5 * u_resolution;
}
vec2 v_line = normalize(va[2].xy - va[1].xy);
vec2 nv_line = vec2(-v_line.y, v_line.x);
vec4 pos;
if (tri_i == 0 || tri_i == 1 || tri_i == 3)
{
vec2 v_pred = normalize(va[1].xy - va[0].xy);
vec2 v_miter = normalize(nv_line + vec2(-v_pred.y, v_pred.x));
pos = va[1];
pos.xy += v_miter * u_thickness * (tri_i == 1 ? -0.5 : 0.5) / dot(v_miter, nv_line);
}
else
{
vec2 v_succ = normalize(va[3].xy - va[2].xy);
vec2 v_miter = normalize(nv_line + vec2(-v_succ.y, v_succ.x));
pos = va[2];
pos.xy += v_miter * u_thickness * (tri_i == 5 ? 0.5 : -0.5) / dot(v_miter, nv_line);
}
pos.xy = pos.xy / u_resolution * 2.0 - 1.0;
pos.xyz *= pos.w;
gl_Position = pos;
}
)";
std::string fragShader = R"(
#version 460
out vec4 fragColor;
void main()
{
fragColor = vec4(1.0);
}
)";
GLuint CreateSSBO(std::vector<glm::vec4> &varray)
{
GLuint ssbo;
glGenBuffers(1, &ssbo);
glBindBuffer(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, ssbo );
glBufferData(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, varray.size()*sizeof(*varray.data()), varray.data(), GL_STATIC_DRAW);
return ssbo;
}
int main(void)
{
if ( glfwInit() == 0 )
return 0;
GLFWwindow *window = glfwCreateWindow( 800, 600, "GLFW OGL window", nullptr, nullptr );
if ( window == nullptr )
{
glfwTerminate();
retturn 0;
}
glfwMakeContextCurrent(window);
if ( glewInit() != GLEW_OK )
return 0;
GLuint program = CreateProgram(vertShader, fragShader);
GLint loc_mvp = glGetUniformLocation(program, "u_mvp");
GLint loc_res = glGetUniformLocation(program, "u_resolution");
GLint loc_thi = glGetUniformLocation(program, "u_thickness");
glUseProgram(program);
glUniform1f(loc_thi, 20.0);
GLushort pattern = 0x18ff;
GLfloat factor = 2.0f;
glm::vec4 p0(-1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f);
glm::vec4 p1(1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f);
glm::vec4 p2(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
glm::vec4 p3(-1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
std::vector<glm::vec4> varray1{ p3, p0, p1, p2, p3, p0, p1 };
GLuint ssbo1 = CreateSSBO(varray1);
std::vector<glm::vec4> varray2;
for (int u=-8; u <= 368; u += 8)
{
double a = u*M_PI/180.0;
double c = cos(a), s = sin(a);
varray2.emplace_back(glm::vec4((float)c, (float)s, 0.0f, 1.0f));
}
GLuint ssbo2 = CreateSSBO(varray2);
GLuint vao;
glGenVertexArrays(1, &vao);
glBindVertexArray(vao);
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
//glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
glm::mat4(project);
int vpSize[2]{0, 0};
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
int w, h;
glfwGetFramebufferSize(window, &w, &h);
if (w != vpSize[0] || h != vpSize[1])
{
vpSize[0] = w; vpSize[1] = h;
glViewport(0, 0, vpSize[0], vpSize[1]);
float aspect = (float)w/(float)h;
project = glm::ortho(-aspect, aspect, -1.0f, 1.0f, -10.0f, 10.0f);
glUniform2f(loc_res, (float)w, (float)h);
}
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glm::mat4 modelview1( 1.0f );
modelview1 = glm::translate(modelview1, glm::vec3(-0.6f, 0.0f, 0.0f) );
modelview1 = glm::scale(modelview1, glm::vec3(0.5f, 0.5f, 1.0f) );
glm::mat4 mvp1 = project * modelview1;
glUniformMatrix4fv(loc_mvp, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(mvp1));
glBindBufferBase(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 0, ssbo1);
GLsizei N1 = (GLsizei)varray1.size()-2;
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6*(N1-1));
glm::mat4 modelview2( 1.0f );
modelview2 = glm::translate(modelview2, glm::vec3(0.6f, 0.0f, 0.0f) );
modelview2 = glm::scale(modelview2, glm::vec3(0.5f, 0.5f, 1.0f) );
glm::mat4 mvp2 = project * modelview2;
glUniformMatrix4fv(loc_mvp, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(mvp2));
glBindBufferBase(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 0, ssbo2);
GLsizei N2 = (GLsizei)varray2.size()-2;
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6*(N2-1));
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
glfwTerminate();
return 0;
}
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