[OpenGL]使用OpenGL绘制带纹理三角形
一、简介
本文介绍了如何使用使用OpenGL绘制带纹理三角形。
在绘制带纹理的三角形时，
首先使用.h读取准备好的.png格式的图片作为纹理，然后在fragment shader中使用
...
in vec2 textureCoord;
uniform sampler2D aTexture1;
void main()
{
FragColor = texture(aTexture1, textureCoord);
}
确定三角形内各个点对应的纹理颜色。
按照本文代码实现后，理论上可以得到以下结果：
二、使用OpenGL绘制带纹理三角形
0. 环境需要
- Linux ，或者 windos下使用wsl2。
- 已经安装完成GLFW和GLAD。请参考[OpenGL] wsl2上安装使用cmake+OpenGL教程。
- 需要准备一张图片做为纹理图，本文使用著名的Lenna_(test_image).png作为纹理图。将Lenna_(test_image).png下载后放到
resources/images/目录下。 - 需要下载 stb_image.h 作为加载
.png图像的库。将 stb_image.h 下载后放入include/目录下。
1. 项目目录
2. CMakeLists.txt代码
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
project(OpenGL_Hello_Textured_Triangle)
include_directories(include)
find_package(glfw3 REQUIRED)
file(GLOB project_file main.cpp glad.c)
add_executable(${PROJECT_NAME} ${project_file})
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} glfw)
3. main.cpp代码
1). 代码整体流程
- 初始化glfw，glad，窗口
- 构建，编译 vertex shader 和 fragment shader
- 准备数据
- 准备纹理
- 设置VBO，VAO，和EBO
- 开始绘制
- 释放资源
2). main.cpp代码
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
// 将 stb_image.h 包含到头文件中，在包含该头文件之前必须 #define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
// 用于处理窗口大小改变的回调函数
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height);
// 用于处理用户输入的函数
void processInput(GLFWwindow *window);
// 指定窗口默认width和height像素大小
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;
/****** vertex shader 和 fragment shader 代码 ******/
// 若对glsl编写的shader程序不了解，可以忽略此处的代码
// vertex shader, 用于处理各顶点的位置信息，此处的vertex shader不会对顶点位置进行操作
// 只需要记住此处我们将顶点 position 数据的 location 设为 0，并将 color 数据的 location 设为 1
// layout (location = 0) in vec3 aPos; 这句代码用来设置用到的 顶点 position 数据的location值
// layout (location = 1) in vec2 aTexCoord;; 这句代码用来设置用到的 顶点 texture coordinate 数据的location值
// vertex shader 中的 textureCoord 用于接收传入的texture coordinate数据 aTexCoord 然后再传给 fragment shader
const char *vertexShaderSource = R"(
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec2 aTexCoord;
out vec2 textureCoord;
void main()
{
textureCoord = aTexCoord;
gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
}
)";
// fragment shader，用于处理各顶点的颜色信息
// fragment shader 接收从vertex shader 中传入的表示texture coordinate 的变量 textureCoord，
// 并且声明一个纹理采样器 aTexture1
// 然后在 main 函数中 使用 texture() 函数，根据从 vertex shader 传入的 textureCoord 在 aTexture1
// 上采样确定各点的纹理颜色
const char *fragmentShaderSource = R"(
#version 330 core
out vec4 FragColor;
in vec2 textureCoord;
uniform sampler2D aTexture1;
void main()
{
FragColor = texture(aTexture1, textureCoord);
}
)";
/************************************/
int main()
{
/****** 1.初始化glfw, glad, 窗口 *******/
// glfw 初始化 + 配置 glfw 参数
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
// glfw 生成窗口
GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
if (window == NULL)
{
// 检查是否成功生成窗口，如果没有成功打印出错信息并且退出
std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
glfwTerminate();
return -1;
}
// 设置窗口window的上下文
glfwMakeContextCurrent(window);
// 配置window变化时的回调函数
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
// 使用 glad 加载 OpenGL 中的各种函数
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
return -1;
}
/************************************/
/****** 2.构建，编译 vertex shader 和 fragment shader ******/
// vertex shader
unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
glCompileShader(vertexShader);
// 检查是否成功编译 vertex shader
int success;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
if (!success)
{
glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}
// fragment shader
unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);
// 检查是否成功编译 fragment shader
glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
if (!success)
{
glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}
// 链接 shaders
unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);
// 检查是否成功链接 vertex shader 和 fragment shader
glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
if (!success)
{
glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}
glDeleteShader(vertexShader);
glDeleteShader(fragmentShader);
/************************************/
/****** 3.准备数据 *******/
// 三角形顶点的 position, texture coordinate 数据，总共3个顶点数据，
// 每个顶点使用5个浮点数，分别表示 position(x,y,z) 和 texture coordinate(u,v)
float vertices[] = {
0.0f, 0.5f, 0.0, 0.5f, 1.0f, // 上
-0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, // 左下
0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f // 右下
};
// 三角形 index
// 我们只需要绘制一个三角形，三角形的三个点的position分别使用 vertices 数组中的第0,第1和第2个点的position数据
unsigned int indices[] = {
0, 1, 2 // 第一个三角形
};
/****** 4.准备纹理 *******/
GLuint textureID;
glGenTextures(1, &textureID); // 生成纹理 ID
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID); // 绑定纹理
// 设置纹理参数
// 设置纹理在 S 方向（水平方向）的包裹方式为 GL_REPEAT
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
// 设置纹理在 T 方向（垂直方向）的包裹方式为 GL_REPEAT
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
// 设置纹理的缩小过滤方式，当纹理变小时，使用 GL_LINEAR （线性过滤）方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
// 设置纹理的放大过滤方式，当纹理变大时，使用 GL_LINEAR （线性过滤）方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
// 加载纹理图像
const char *texture_path = "../resources/images/Lenna_(test_image).png";
int width, height, nrChannels;
stbi_set_flip_vertically_on_load(true);//启用将图像上下翻转load模式，不然显示的纹理图像会时上下倒过来的
unsigned char *data = stbi_load(texture_path, &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
GLenum format;
if (nrChannels == 1)
format = GL_RED;
else if (nrChannels == 3)
format = GL_RGB;
else if (nrChannels == 4)
format = GL_RGBA;
// 生成纹理
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, format, width, height, 0, format, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D); // 生成 Mipmaps
}
else
{
std::cerr << "Failed to load texture: " << texture_path << std::endl;
}
stbi_image_free(data); // 释放图像内存
// 告诉着色器使用 纹理单元0 对应 shader 中的纹理 aTexture1
// OpenGL通常支持16个纹理单元，编号依次为0,1,2,..,15，此处我们只使用一个纹理
// 即，fragment shader 中的 uniform sampler2D aTexture1; 因此可以将 aTexture1 设为 纹理单元0
glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "aTexture1"), 0);
glActiveTexture(GL_TEXTURE0); // 激活 纹理单元0
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID); // 绑定 纹理单元0 使用 textureID
/************************************/
/****** 5.设置 VBO, VAO 和 EBO ******/
// 1). VBO 用来打包三角形各顶点的所有数据（比如position, normal, color等。本文中只用到了position数据，即
// vertices数组），并将打包好的数据一起传给GPU。
// 2). EBO 用来打包（存储）待绘制的三角形的索引数据，即 indices 数组，用于指定顶点的顺序。
// 3). VAO 用于记录顶点属性的格式，即如何从 VBO中提取数据。并存储了EBO数据，从而管理顶点数据的输入配置。
// 生成 VBO, VAO 和 EBO
unsigned int VBO, VAO, EBO;
glGenVertexArrays(1, &VAO); // 生成一个VAO对象
glGenBuffers(1, &VBO); // 生成一个VBO对象(VBO对象本质上是一个buffer)
glGenBuffers(1, &EBO); // 生成一个EBO对象(EBO对象本质上也是一个buffer)
// 使用 VBO, VAO 和 EBO 的顺序为:
// 先绑定 VAO -> 绑定 VBO -> 设置如何读取VBO中数据 -> 解绑VBO ->绑定 EBO -> 解绑 VAO
glBindVertexArray(VAO); // 绑定VAO
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO); // 绑定VBO
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices,
GL_STATIC_DRAW); // 将vertices中的数据复制到刚刚绑定的VBO buffer中去，VBO buffer是GPU内存上的一块区域
// 使用glVertexAttribPointer函数告诉OpenGL该如何解析顶点数据的position部分
// glVertexAttribPointer() 需要6个参数，每个参数的含义如下：
// 1). 指定要配置的顶点属性， 即 shader 中指定 数据 location 值，对于position部分，此处填入 0
// 2). 指定顶点属性的大小，shader中我们将VBO中的数据传给了一个 vec3 类型的变量 aPos，
// vec3 是一个包含3个float变量的 vector，因此此处填入 3
// 3). 指定数据的类型，用于使用的是浮点型，因此此处填入 GL_FLOAT
// 4). 指定是否自动对数据进行归一化，我们不需要自动诡异化，因此此处填入 GL_FALSE
// 5). 指定VBO中顶点数据组之间的间隔，因为VBO中的position和texture coordinate交替出现，
// 每组position数据间隔3*float+2*float大小，因此此处填入 5*sizeof(float)
// 6). 指定读取VBO(vertices数组)的position数据起始位置偏移，单位为字节，
// 由于position数据在数组的开头，所以这里填入 0*sizeof(float)
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void *)(0 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(0); // 启用 location = 0 处的数据，因此该函数的参数为 0
// 使用glVertexAttribPointer函数告诉OpenGL该如何解析顶点数据的texture coordinate部分
// glVertexAttribPointer() 需要6个参数，每个参数的含义如下：
// 1). 指定要配置的顶点属性， 即 shader 中指定 数据 location 值，对于texture coordinate部分，此处填入 1
// 2). 指定顶点属性的大小，shader中我们将VBO中的数据传给了一个 vec2 类型的变量 aTexCoord，
// vec2 是一个包含2个float变量的 vector，因此此处填入 2
// 3). 指定数据的类型，用于使用的是浮点型，因此此处填入 GL_FLOAT
// 4). 指定是否自动对数据进行归一化，我们不需要自动诡异化，因此此处填入 GL_FALSE
// 5). 指定VBO中顶点数据组之间的间隔，因为VBO中的position和texture coordinate交替出现，
// 每组texture coordinate数据间隔3*float+2*float大小，因此此处填入 5*sizeof(float)
// 6). 指定读取VBO(vertices数组)的texture coordinate数据起始位置偏移，单位为字节，
// 由于texture coordinate数据从vertices数组中的第4个数据开始（偏移为4-1=3），
// 所以这里填入 (void *)3*sizeof(float)
glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void *)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1); // 启用 location = 1 处的数据，因此该函数的参数为 1
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); // 解绑VBO
// 使用EBO
// 绑定EBO -> 复制数据到EBO buffer
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO); // 绑定EBO
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices,
GL_STATIC_DRAW); // 将indices中的数据复制到刚刚绑定的EBO buffer中去，EBO buffer是GPU内存上的一块区域
// remember: do NOT unbind the EBO while a VAO is active as the bound element buffer object IS stored in the VAO;
// keep the EBO bound.
// glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);
// 注意！
// 在解绑 VAO 之前不要解绑 EBO (但是可以解绑VBO)
// 这是因为 VAO
// 只是存储了如何读取VBO中数据的信息，当调用glVertexAttribPointer()函数之后VAO中就有了如何读取VBO数据的配置，而绑定EBO确是实实在在地将EBO数据存储到VAO中，因此在解绑VAO之前不能解绑EBO
glBindVertexArray(0); // 解绑 VAO
/************************************/
// glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE); // 使用线框模式，绘制时只绘制 三角形 的轮廓
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL); // 使用填充模式，绘制时对 三角形 内部进行填充
/****** 6.开始绘制 ******/
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
// input
// -----
processInput(window);
// render
// ------
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// 使用我们之前编译连接好的 shader 程序
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO); // 绑定VAO，指定当前绘制使用的VAO对象
// glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
// 使用glDrawElements()函数指定使用基于EBO索引的绘制，函数参数如下：
// 1). 指定绘制的模式，绘制模式选择绘制三角形，因此填入 GL_TRIANGLES
// 2). 指定绘制的顶点个数，我们需要绘制一个三角形，一个三角形包含3个顶点，因此填入 3
// 3). 指定绘制的索引类型，即EBO中的数据类型，类型为unsigned int，因此填入 GL_UNSIGNED_INT
// 4). 指定绘制的索引起始偏移，此处填入 0
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 3, GL_UNSIGNED_INT, 0);
glfwSwapBuffers(window); // 在gfw中启用双缓冲，确保绘制的平滑和无缝切换
glfwPollEvents(); // 用于处理所有挂起的事件，例如键盘输入、鼠标移动、窗口大小变化等事件
}
/************************************/
/****** 7.释放资源 ******/
// 释放之前申请的 VBO, VAO, EBO资源和shader程序
glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
glDeleteBuffers(1, &VBO);
glDeleteBuffers(1, &EBO);
glDeleteProgram(shaderProgram);
glDeleteTextures(1, &textureID);
// glfw 释放 glfw使用的所有资源
glfwTerminate();
/************************************/
return 0;
}
// 用于处理用户输入的函数
void processInput(GLFWwindow *window)
{
// 当按下 Esc 按键时调用 glfwSetWindowShouldClose() 函数，关闭窗口
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}
// 在使用 OpenGL 和 GLFW 库时，处理窗口大小改变的回调函数
// 当窗口大小发生变化时，确保 OpenGL 渲染的内容能够适应新的窗口大小，避免图像被拉伸、压缩或出现其他比例失真的问题
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height);
}
4. 编译运行及结果
编译运行：
cd ./build
cmake ..
make
./OpenGL_Hello_Textured_Triangle
绘制结果：
三、参考引用
[1].LearnOpenGL-CN-入门-纹理