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LearnOpenGL学习（高级OpenGL --＞帧缓冲，立方体贴图，高级数据）

article 2025/1/18 11:55:57

完整代码见：zaizai77/Cherno-OpenGL: OpenGL 小白学习之路

帧缓冲

帧缓冲（FrameBuffer）是所有屏幕缓冲（包括颜色缓冲，深度缓冲，模板缓冲）的集合。它被存储在GPU内存中，我们可以定义自己的帧缓冲

我们目前所做的所有操作都是在默认帧缓冲的渲染缓冲上进行的。默认的帧缓冲是在你创建窗口的时候生成和配置的（GLFW帮我们做了这些）。通过创建我们自己的帧缓冲，我们可以获得额外的渲染目标(target)。

创建一个帧缓冲

unsigned int fbo;
glGenFramebuffers(1, &fbo);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fbo);

创建一个帧缓冲对象并绑定

在绑定到GL_FRAMEBUFFER目标之后，所有的读取和写入帧缓冲的操作将会影响当前绑定的帧缓冲。我们也可以使用GL_READ_FRAMEBUFFER或GL_DRAW_FRAMEBUFFER，将一个帧缓冲分别绑定到读取目标或写入目标。

一个完整的帧缓冲需要满足以下的条件：

附加至少一个缓冲（颜色、深度或模板缓冲）。
至少有一个颜色附件(Attachment)。
所有的附件都必须是完整的（保留了内存）。
每个缓冲都应该有相同的样本数(sample)。

if(glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) == GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) // 执行胜利的舞蹈

//检查缓冲是否完整

之后所有的渲染操作将会渲染到当前绑定帧缓冲的附件中。

由于我们的帧缓冲不是默认帧缓冲，渲染指令将不会对窗口的视觉输出有任何影响。出于这个原因，渲染到一个不同的帧缓冲被叫做离屏渲染(Off-screen Rendering)。要保证所有的渲染操作在主窗口中有视觉效果，我们需要再次激活默认帧缓冲，将它绑定到 0

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

//完成渲染之后删除帧缓冲对象

glDeleteFramebuffers(1, &fbo);

附件是一个内存位置，它能够作为帧缓冲的一个缓冲，可以将它想象为一个图像。当创建一个附件的时候我们有两个选项：纹理或渲染缓冲对象(Renderbuffer Object)。

纹理附件

当把一个纹理附加到帧缓冲的时候，所有的渲染指令将会写入到这个纹理中，就像它是一个普通的颜色/深度或模板缓冲一样。使用纹理的优点是，所有渲染操作的结果将会被储存在一个纹理图像中，我们之后可以在着色器中很方便地使用它。

为帧缓冲创建一个纹理和创建一个普通的纹理差不多：

unsigned int texture;
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
//无图片数据，data参数为NULL
//若附加深度缓冲纹理，Format和Internalformat参数应当为GL_DEPTH_COMPONENT
//若附加模板缓冲纹理，则为GL_STENCIL_INDEX
//若同时附加深度和模板缓冲纹理，Format为GL_DEPTH24_STENCIL8，Internalformat为GL_DEPTH_STENCIL，Type为GL_UNSIGNED_INT_24_8
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, 800, 600, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
//纹理附件的大小总是为屏幕大小，所以不关心环绕方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, texture, 0);

glFrameBufferTexture2D有以下的参数：

target ：帧缓冲的目标（绘制、读取或者两者皆有）
attachment ：我们想要附加的附件类型。除了颜色缓冲外，还有GL_DEPTH_ATTACHMENT,GL_STENCIL_ATTACHMENT,GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT
textarget: 你希望附加的纹理类型
texture: 要附加的纹理本身
level: 多级渐远纹理的级别。我们将它保留为0。

渲染缓冲对象附件

渲染缓冲对象（Renderbuffer Object，RBO）是真正的缓冲（相对于纹理等通用数据缓冲, General Purpose Data Buffer），它相比于纹理缓冲具有更快的读取速度。

渲染缓冲对象是只写的，可以通过 glReadPixels 函数来读取当前绑定的帧缓冲中的特定像素

unsigned int rbo;
glGenRenderbuffers(1, &rbo);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, rbo);

当我们不需要从这些缓冲中采样的时候，通常选择渲染缓冲对象，因为它更优化一些创建一个深度和模板渲染缓冲对象可以通过调用glRenderbufferStorage函数来完成：

//创建一个深度和模板渲染缓冲对象可以通过调用glRenderbufferStorage函数来完成：

glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH24_STENCIL8, 800, 600);

//附加这个渲染缓冲对象：

glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, rbo);

创建一个渲染缓冲对象和纹理对象类似，不同的是这个对象是专门被设计作为帧缓冲附件使用的，而不是纹理那样的通用数据缓冲(General Purpose Data Buffer)。这里我们选择GL_DEPTH24_STENCIL8作为内部格式，它封装了24位的深度和8位的模板缓冲。

渲染到纹理

我们将会将场景渲染到一个附加到帧缓冲对象上的颜色纹理中，之后将在一个横跨整个屏幕的四边形上绘制这个纹理。这样视觉输出和没使用帧缓冲时是完全一样的，但这次是打印到了一个四边形上。

//创建一个帧缓冲对象并绑定

unsigned int framebuffer;
glGenFramebuffers(1, &framebuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);

//创建一个纹理图像，我们将它作为一个颜色附件附加到帧缓冲上
//我们将纹理的维度设置为窗口的宽度和高度，并且不初始化它的数据：


// 生成纹理
unsigned int texColorBuffer;
glGenTextures(1, &texColorBuffer);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texColorBuffer);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, 800, 600, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR );
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);

// 将它附加到当前绑定的帧缓冲对象
glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, texColorBuffer, 0);  

//添加一个深度（和模板）附件到帧缓冲中

unsigned int rbo;
glGenRenderbuffers(1, &rbo);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, rbo); 
glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH24_STENCIL8, 800, 600);  
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, 0);

//当我们为渲染缓冲对象分配了足够的内存之后，我们可以解绑这个渲染缓冲。
//接下来，作为完成帧缓冲之前的最后一步，我们将渲染缓冲对象附加到帧缓冲的深度和模板附件上：

glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, rbo);

//我们希望检查帧缓冲是否是完整的，如果不是，我们将打印错误信息。

if(glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)
    std::cout << "ERROR::FRAMEBUFFER:: Framebuffer is not complete!" << std::endl;
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

要想绘制场景到一个纹理上，我们需要采取以下的步骤：

将新的帧缓冲绑定为激活的帧缓冲，和往常一样渲染场景
绑定默认的帧缓冲
绘制一个横跨整个屏幕的四边形，将帧缓冲的颜色缓冲作为它的纹理。

帧缓冲的一个渲染迭代将会有以下的结构：

// 第一处理阶段(Pass)
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);
glClearColor(0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 我们现在不使用模板缓冲
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
DrawScene();    

// 第二处理阶段
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0); // 返回默认
glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f); 
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

screenShader.use();  
glBindVertexArray(quadVAO);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureColorbuffer);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);