OpenGL笔记十四之GLM数学库的配置与使用

------ 2024-07-20 中午

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OpenGL笔记十四之GLM数学库的配置与使用
- 1.旋转变换运行效果
- 2.平移变换运行效果
- 3.缩放变换运行效果
- [4.复合变换：先旋转再平移运行效果](#4.复合变换：先旋转再平移运行效果)
- [5.复合变换：先平移后旋转运行效果](#5.复合变换：先平移后旋转运行效果)
- 6.每一帧都旋转运行效果
- 7.关键代码

把GLM文件夹拷贝thirdParty/include文件夹下

1.旋转变换运行效果

2.平移变换运行效果

3.缩放变换运行效果

4.复合变换：先旋转再平移运行效果

5.复合变换：先平移后旋转运行效果

6.每一帧都旋转运行效果

注意：每一帧都是从起始位姿旋转而至

7.关键代码

7.1.vs

代码

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aUV;

out vec3 color;
out vec2 uv;

uniform mat4 transform;


//aPos作为attribute（属性）传入shader
//不允许更改的
void main()
{
	vec4 position = vec4(aPos, 1.0);
	position = transform * position;
	gl_Position = position;
	color = aColor;
	uv = aUV;
}

7.2.fs

代码

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 color;
in vec2 uv;

uniform sampler2D sampler;

void main()
{
  FragColor = texture(sampler, uv);
}

7.3.main.cpp关键片段

main.cpp完整代码

cpp 复制代码

#include <iostream>

#include "glframework/core.h"
#include "glframework/shader.h"
#include <string>
#include <assert.h>//断言
#include "wrapper/checkError.h"
#include "application/Application.h"
#include "glframework/texture.h"

/*
*┌────────────────────────────────────────────────┐
*│　目	   标： 初步学习GLM库的平移/旋转/缩放
*│　讲    师： 赵新政(Carma Zhao)
*│　拆分目标：
*					-1 引入GLM的头文件
*					-2 更改vertexShader，加入uniform变量mat4 transform
*					-3 使用传入的transform给我们的顶点坐标进行变换
*					-4 为shader类增加uniform矩阵传输的功能
*					-5 使用矩阵做复合变换
*					-6 连续转动三角形（动画）
*└────────────────────────────────────────────────┘
*/

GLuint vao;
Shader* shader = nullptr;
Texture* texture = nullptr;
glm::mat4 transform(1.0f);

void OnResize(int width, int height) {
	GL_CALL(glViewport(0, 0, width, height));
	std::cout << "OnResize" << std::endl;
}

void OnKey(int key, int action, int mods) {
	std::cout << key << std::endl;
}

void doRotationTransform() {
	//构建一个旋转矩阵，绕着z轴旋转45度角
	//rotate函数：用于生成旋转矩阵
	//bug1:rotate必须得到一个float类型的角度，c++的template
	//bug2:rotate函数接受的不是角度（degree），接收的弧度（radians）
	//注意点：radians函数也是模板函数，切记要传入float类型数据，加f后缀
	transform = glm::rotate(glm::mat4(1.0f),glm::radians(90.0f), glm::vec3(0.0, 0.0, 1.0));
}

//平移变换
void doTranslationTransform() {
	transform = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(0.5f, 0.0f, 0.0f));
}

//缩放变换
void doScaleTransform() {
	transform = glm::scale(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(0.1f, 0.5f, 1.0f));
}

//复合变换
void doTransform() {
	glm::mat4 rotateMat = glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(90.0f), glm::vec3(0.0, 0.0, 1.0));
	glm::mat4 translateMat = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(0.5f, 0.0f, 0.0f));
	//先旋转 再平移
	// transform = translateMat * rotateMat;

	//先平移 后旋转
	transform = rotateMat * translateMat;
}

float angle = 0.0f;
void doRotation() {
	angle += 2.0f;
	//每一帧都会"重新"构建一个旋转矩阵
	transform = glm::rotate(glm::mat4(1.0f), glm::radians(angle), glm::vec3(0.0, 0.0, 1.0));
}

void prepareVAO() {
	//1 准备positions colors
	float positions[] = {
		-0.5f, -0.5f, 0.0f,
		0.5f, -0.5f, 0.0f,
		0.0f,  0.5f, 0.0f,
	};

	float colors[] = {
		1.0f, 0.0f,0.0f,
		0.0f, 1.0f,0.0f,
		0.0f, 0.0f,1.0f,
	};

	float uvs[] = {
		0.0f, 0.0f,
		1.0f, 0.0f,
		0.5f, 1.0f,
	};

	unsigned int indices[] = {
		0, 1, 2,
	};

	//2 VBO创建
	GLuint posVbo, colorVbo, uvVbo;
	glGenBuffers(1, &posVbo);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, posVbo);
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(positions), positions, GL_STATIC_DRAW);

	glGenBuffers(1, &colorVbo);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorVbo);
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(colors), colors, GL_STATIC_DRAW);

	glGenBuffers(1, &uvVbo);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, uvVbo);
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(uvs), uvs, GL_STATIC_DRAW);

	//3 EBO创建
	GLuint ebo;
	glGenBuffers(1, &ebo);
	glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ebo);
	glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

	//4 VAO创建
	glGenVertexArrays(1, &vao);
	glBindVertexArray(vao);

	//5 绑定vbo ebo 加入属性描述信息
	//5.1 加入位置属性描述信息
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, posVbo);
	glEnableVertexAttribArray(0);
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 3, (void*)0);

	//5.2 加入颜色属性描述数据
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorVbo);
	glEnableVertexAttribArray(1);
	glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 3, (void*)0);

	//5.3 加入uv属性描述数据
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, uvVbo);
	glEnableVertexAttribArray(2);
	glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float) * 2, (void*)0);

	//5.4 加入ebo到当前的vao
	glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ebo);

	glBindVertexArray(0);
}

void prepareShader() {
	shader = new Shader("assets/shaders/vertex.glsl","assets/shaders/fragment.glsl");
}

void prepareTexture() {
	texture = new Texture("assets/textures/goku.jpg", 0);
}

void render() {
	//执行opengl画布清理操作
	GL_CALL(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT));

	//绑定当前的program
	shader->begin();
	shader->setInt("sampler", 0);
	shader->setMatrix4x4("transform", transform);

	//绑定当前的vao
	GL_CALL(glBindVertexArray(vao));

	//发出绘制指令
	GL_CALL(glDrawElements(GL_TRIANGLES, 3, GL_UNSIGNED_INT, 0));
	GL_CALL(glBindVertexArray(0));

	shader->end();
}


int main() {
	if (!app->init(800, 600)) {
		return -1;
	}

	app->setResizeCallback(OnResize);
	app->setKeyBoardCallback(OnKey);

	//设置opengl视口以及清理颜色
	GL_CALL(glViewport(0, 0, 800, 600));
	GL_CALL(glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f));

	prepareShader();
	prepareVAO();
	prepareTexture();
	// doRotationTransform();
	// doTranslationTransform();
	// doScaleTransform();
	doTransform();
	while (app->update()) {
		// doRotation();
		render();
	}

	app->destroy();

	return 0;
}

7.4.shader.h关键片段

cpp 复制代码

void setMatrix4x4(const std::string& name, glm::mat4 value);

shader.h完整代码

cpp 复制代码

#pragma once

#include "core.h"
#include<string>

class Shader {
public:
	Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath);
	~Shader();
	
	void begin();//开始使用当前Shader

	void end();//结束使用当前Shader

	void setFloat(const std::string& name, float value);

	void setVector3(const std::string& name, float x, float y, float z);
	void setVector3(const std::string& name, const float* values);

	void setInt(const std::string& name, int value);

	void setMatrix4x4(const std::string& name, glm::mat4 value);
private:
	//shader program
	//type:COMPILE LINK
	void checkShaderErrors(GLuint target,std::string type);

private:
	GLuint mProgram{ 0 };
};

7.5.shader.cpp关键片段

void Shader::setMatrix4x4(const std::string& name, glm::mat4 value) {
	//1 通过名称拿到Uniform变量的位置Location
	GLint location = GL_CALL(glGetUniformLocation(mProgram, name.c_str()));
	
	//2 通过Location更新Uniform变量的值
	//transpose参数：表示是否对传输进去的矩阵数据进行转置
	glUniformMatrix4fv(location, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(value));
}

shader.cpp完整代码

cpp 复制代码

#include"shader.h"
#include"../wrapper/checkError.h"

#include<string>
#include<fstream>
#include<sstream>
#include<iostream>

Shader::Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath) {
	//声明装入shader代码字符串的两个string
	std::string vertexCode;
	std::string fragmentCode;

	//声明用于读取vs跟fs文件的inFileStream
	std::ifstream vShaderFile;
	std::ifstream fShaderFile;

	//保证ifstream遇到问题的时候可以抛出异常
	vShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
	fShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
	try {
		//1 打开文件
		vShaderFile.open(vertexPath);
		fShaderFile.open(fragmentPath);
		
		//2 将文件输入流当中的字符串输入到stringStream里面
		std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;
		vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
		fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();

		//3 关闭文件
		vShaderFile.close();
		fShaderFile.close();

		//4 将字符串从stringStream当中读取出来，转化到code String当中
		vertexCode = vShaderStream.str();
		fragmentCode = fShaderStream.str();
	}
	catch (std::ifstream::failure& e) {
		std::cout << "ERROR: Shader File Error: " << e.what() << std::endl;
	}

	const char* vertexShaderSource = vertexCode.c_str();
	const char* fragmentShaderSource = fragmentCode.c_str();
	//1 创建Shader程序（vs、fs）
	GLuint vertex, fragment;
	vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
	fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);

	//2 为shader程序输入shader代码
	glShaderSource(vertex, 1, &vertexShaderSource, NULL);
	glShaderSource(fragment, 1, &fragmentShaderSource, NULL);

	//3 执行shader代码编译 
	glCompileShader(vertex);
	//检查vertex编译结果
	checkShaderErrors(vertex, "COMPILE");
	
	glCompileShader(fragment);
	//检查fragment编译结果
	checkShaderErrors(fragment, "COMPILE");
	
	//4 创建一个Program壳子
	mProgram = glCreateProgram();

	//6 将vs与fs编译好的结果放到program这个壳子里
	glAttachShader(mProgram, vertex);
	glAttachShader(mProgram, fragment);

	//7 执行program的链接操作，形成最终可执行shader程序
	glLinkProgram(mProgram);

	//检查链接错误
	checkShaderErrors(mProgram, "LINK");

	//清理
	glDeleteShader(vertex);
	glDeleteShader(fragment);
}
Shader::~Shader() {

}

void Shader::begin() {
	GL_CALL(glUseProgram(mProgram));
}

void Shader::end() {
	GL_CALL(glUseProgram(0));
}

void Shader::setFloat(const std::string& name, float value) {
	//1 通过名称拿到Uniform变量的位置Location
	GLint location = GL_CALL(glGetUniformLocation(mProgram, name.c_str()));

	//2 通过Location更新Uniform变量的值
	GL_CALL(glUniform1f(location, value));
}

void Shader::setVector3(const std::string& name, float x, float y, float z) {
	//1 通过名称拿到Uniform变量的位置Location
	GLint location = GL_CALL(glGetUniformLocation(mProgram, name.c_str()));
	
	//2 通过Location更新Uniform变量的值
	GL_CALL(glUniform3f(location, x, y, z));
}

//重载 overload
void Shader::setVector3(const std::string& name, const float* values) {
	//1 通过名称拿到Uniform变量的位置Location
	GLint location = GL_CALL(glGetUniformLocation(mProgram, name.c_str()));

	//2 通过Location更新Uniform变量的值
	//第二个参数：你当前要更新的uniform变量如果是数组，数组里面包括多少个向量vec3
	GL_CALL(glUniform3fv(location, 1, values));
}

void Shader::setInt(const std::string& name, int value) {
	//1 通过名称拿到Uniform变量的位置Location
	GLint location = GL_CALL(glGetUniformLocation(mProgram, name.c_str()));

	//2 通过Location更新Uniform变量的值
	glUniform1i(location, value);
}

void Shader::setMatrix4x4(const std::string& name, glm::mat4 value) {
	//1 通过名称拿到Uniform变量的位置Location
	GLint location = GL_CALL(glGetUniformLocation(mProgram, name.c_str()));
	
	//2 通过Location更新Uniform变量的值
	//transpose参数：表示是否对传输进去的矩阵数据进行转置
	glUniformMatrix4fv(location, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(value));
}

void Shader::checkShaderErrors(GLuint target, std::string type) {
	int success = 0;
	char infoLog[1024];

	if (type == "COMPILE") {
		glGetShaderiv(target, GL_COMPILE_STATUS, &success);
		if (!success) {
			glGetShaderInfoLog(target, 1024, NULL, infoLog);
			std::cout << "Error: SHADER COMPILE ERROR" << "\n" << infoLog << std::endl;
		}
	}
	else if (type == "LINK") {
		glGetProgramiv(target, GL_LINK_STATUS, &success);
		if (!success) {
			glGetProgramInfoLog(target, 1024, NULL, infoLog);
			std::cout << "Error: SHADER LINK ERROR " << "\n" << infoLog << std::endl;
		}
	}
	else {
		std::cout << "Error: Check shader errors Type is wrong" << std::endl;
	}
}

7.6.core.h中要把代码包含进来

core.h

cpp 复制代码

#pragma once

//注意：glad头文件必须在glfw引用之前引用
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

//GLM
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>

#define GLM_ENABLE_EXPERIMENTAL
#include <glm/gtx/string_cast.hpp>

OpenGL笔记十四之GLM数学库的配置与使用

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1.旋转变换运行效果

2.平移变换运行效果

3.缩放变换运行效果

4.复合变换：先旋转 再平移运行效果

5.复合变换：先平移 后旋转运行效果

6.每一帧都旋转运行效果

7.关键代码

7.1.vs

7.2.fs

7.3.main.cpp关键片段

7.4.shader.h关键片段

7.5.shader.cpp关键片段

7.6.core.h中要把代码包含进来

4.复合变换：先旋转再平移运行效果

5.复合变换：先平移后旋转运行效果