Qt中的OpenGL

一、OpenGL简介

1.1什么是OpenGL

1. Open Graphics Library，它是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification)
2. OpenGL核心是一个C库，同时也支持多种语言的派生

1.2 核心模式（Core-profile）

也叫可编程管线，提供了更多的灵活性，更高的效率，更重要的是可以更深入的理解图形编程。

其中，顶点着色器和片段着色器需要自己去编写，几何着色器可选择性编写，有这三个可以编辑的部分，即为可编程管线（管线可以理解为一个处理流程）。

1.2.1 立即渲染模式（Immediate mode）

1. 早期的OpenGL使用的模式（也就是固定渲染管线）
2. OpenGL的大多数功能都被库隐藏起来，容易使用和理解，但是效率太低
3. 开发者很少能控制OpenGL如何进行计算
4. 因此从OpenGL3.2开始，推出核心模式

1.3 状态机（State Machine）

Ps：状态机是一种理论模型，用于描述一个系统在不同时间点的行为和状态转移规律。

1. OpenGL自身是一个巨大的状态机
2. 描述该如何操作的所有变量的大集合
3. OpenGL的状态通常被称为上下文（Context）
4. 状态设置函数（State-changing Function）
5. 状态应用的函数（State-using Function）

1.4 对象（Object）

• 一个对象是指一些选项的集合，代表OpenGL状态的一个子集

通常把OpenGL上下文比作一个大的结构体，包含很多子集：

• 当前状态只有一份，如果每次显示不同的效果，都重新配置会很麻烦
• 这时候我们就需要一些小助理（对象），帮忙记录某些状态信息，以便复用。

二、QT中的OpenGL

2.1 QOpenGLWidget（不需要GLFW）

QOpenGLWidget提供了三个便捷的虚函数，可以重载，用来重新实现典型的OpenGL任务：

• paintGL:渲染OpenGL场景。Widget需要更新时调用。
• resizeGL:设置OpenGL视口、投影等。Widget调整大小（或首次显示）时调用。
• initializeGL：设置OpenGL资源和状态。第一次调用resizeGL()/paintGL()之前调用一次。
• 如果需要从paintGL()以外的位置触发重新绘制（典型示例是使用计时器设置场景动画），则应调用widget的update()函数来安排更新。

调用paintGL()、resizeGL()、initializeGL()时，widget的OpenGL呈现上下文将变为当前。如果需要从其他位置（例如，在widget的构造函数或自己的绘制函数中）调用标准OpenGL API函数，则必须首先调用makeCurrent()。

注意：在paintGL()以外的地方调用绘制函数没有意义，绘制图像最终将被paintGL()覆盖。

2.2 QOpenGLFunctiongs_X_X_Core(不需要GLAD)

2.3 VAO与VBO

2.4 着色器

2.5 索引缓冲对象EBO/IBO

EBO(Element Buffer Object)，也叫IBO(Index Buffer Object)

可以绘制两个三角形来组成一个矩形（OpenGL主要处理三角形）。这会生成下面的顶点的集合：

两个三角形，每个三角形绘制自己的部分，6个点

优化，点位不重复的一共四个，图形用了哪几个点就标注出来

绑定EBO

三、代码片段

#pragma once

#include <QOpenGLFunctions_3_3_Core>
#include <QOpenGLWidget>

class OpenGLWidget : public QOpenGLWidget, QOpenGLFunctions_3_3_Core
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit OpenGLWidget(QWidget* parent = nullptr);

protected:
    virtual void initializeGL();
    virtual void resizeGL(int w, int h);
    virtual void paintGL();

signals:

};

#include "openglwidget.h"

unsigned int VBO, VAO, EBO;
unsigned int shaderProgram;

float vertices[] =
{
    0.5f, 0.5f, 0.0f,//右上
    0.5f, -0.5f, 0.0f,//右下
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,//左下
    -0.5f, 0.5f, 0.0f//左上
};
unsigned int indices[] = //note that we start from 0!
{
    0, 1, 3,//第一个三角形
    1, 2, 3 // 第二个三角形
};

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"
                                "}\0";

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\0";

OpenGLWidget::OpenGLWidget(QWidget* parent) : QOpenGLWidget(parent)
{

}

void OpenGLWidget::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();

    //创建VBO和VAO对象，并赋予ID
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);

    //绑定VBO和VAO对象
    glBindVertexArray(VAO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

    //为当前绑定到target的缓冲区对象创建一个新的数据存储
    //如果data不是NULL，则使用来自此指针的数据初始化数据存储
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    //告知显卡如何解析缓冲里的属性值
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    //开启VAO管理的第一个属性值
    glEnableVertexAttribArray(0);

    //顶点着色器
    unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);

    //片段着色器
    unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);

    //着色器连接
    shaderProgram = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram);

    //着色器使用后删除
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);

    //多边形模式：线条填充
//    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);

    //EBO创建与绑定
    glGenBuffers(1, &EBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    //VAO和VAO绑定为0，相当于释放休息
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    glBindVertexArray(0);
}

void OpenGLWidget::resizeGL(int w, int h)
{
    Q_UNUSED(h)
    Q_UNUSED(w)
}

void OpenGLWidget::paintGL()
{
    //red：0.0f无色，1.0f全红
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    glUseProgram(shaderProgram);
    glBindVertexArray(VAO);
    //    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);//三角形3个点，矩形6个点
        /*
         * EBO解绑时VAO会记录，如果EBO上面解绑了，即
         * glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0)
         * 那么glDrawElements画要素需要索引，即
         * glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, &indices)
         * VBO不存在这个问题，VAO不存储VBO的绑定函数调用
        */
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0/*&indices*/);
}

四、运行结果