图形学笔记（六）画一个 3D 的会动的矩形

纹理讲完，下面进入 激动人心 的 3D 教程了。

一、GLM 环境配置

具体可以参考一下我的 这篇博客 。

二、代码

• main.cpp

#include <iostream>

//GLEW
#define GLEW_STATIC
#include <GL/glew.h>

//GLFW
#include <GLFW/glfw3.h>

//Shader
#include "Shader.h"

// SOIL2
//Linux 用的是 \, 但是 / 都可以用
#include "SOIL2/SOIL2.h" 
#include "SOIL2/stb_image.h"

//glm
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp> //需要什么变换，就导入什么文件，具体可以去官网看
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>

const GLint WIDTH = 800, HEIGHT = 600;  //新建窗口

int main()
{
	glfwInit();
	//OpenGL 版本
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
	//窗口设置
	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);  //用的是新版的 OpenGL 3.3
	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); // must for Mac
	glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GL_FALSE);  //改为 GL_TRUE，改变窗口，纵横比会变
	GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "Learn OpenGL B16xxxxxx", nullptr,
		nullptr);  //窗口名字改成自己的学号

	if (nullptr == window)
	{
		std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
		glfwTerminate();
		return -1;
	}

	// next two lines are for mac retina display
	int screenWidth, screenHeight;
	glfwGetFramebufferSize(window, &screenWidth, &screenHeight);  //获取窗口大小

	glfwMakeContextCurrent(window);  //可以新建很多 window

	glewExperimental = GL_TRUE;
	if (GLEW_OK != glewInit())
	{
		std::cout << "Failed to initialise GLEW" << std::endl;
		return -1;
	}
	glViewport(0, 0, screenWidth, screenHeight);  //从（0,0）开始画点，直到 WIDTH 和 HEIGHT
	
	/* //启动透明度混合，固定不能改，alpha 线性混合：设置当前为 α ，其他就为 1- α glEnable(GL_BLEND); //表示把渲染的图像融合到目标区域。也就是说源的每一个像素的alpha都等于自己的alpha， //目标的每一个像素的alpha等于1减去该位置源像素的alpha。因此不论叠加多少次，亮度是不变的。 glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA); */

	//vs 是顶点调色器，frag 是边缘调色器
	Shader ourShader = Shader("core1.vs", "core1.frag");  //文件相对路径

	//now the verte information comes below
	GLfloat vertices[] = {
		//
		0.5f, 0.5f, 0.0f,
		0.5f, -0.5f, 0.0f,
		-0.5f, -0.5f, 0.0f,
		-0.5f, 0.5f, 0.0f,
	};
	unsigned int indices[] = {
		0,1,3,
		1,2,3
	};

	//the date should be transfered to the memory on the Graphics Card,传到显存
	GLuint VAO, VBO;  //VAO:Vertex Array Object VBO:Vertex Buffer Object传数据
	glGenVertexArrays(1, &VAO);  //创建 VAO
	glGenBuffers(1, &VBO);
	glBindVertexArray(VAO);  //设当前直线
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);  //VAO 和 VBO 成对出现
	// transfer the data：传数据
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);  //静态访问，几乎不修改
	//set the attribute
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,
		3 * sizeof(GLfloat), (GLvoid *)0);  //0:对应调色器里 location 的值；3:对应 vec3 三个量；GL_FLOAT:浮点型；GL_FALSE:；5*sizeof(GLfloat):对应 Buffer 里传的数据；(GLvoid*)0:从第 0 个位置开始
	glEnableVertexAttribArray(0);

	//transfer the index
	GLuint EBO;
	glGenBuffers(1, &EBO);
	glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
	glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
	glBindVertexArray(0);

	//画图
	while (!glfwWindowShouldClose(window))
	{
		glfwPollEvents();  //把所有事件系统都取过来：键盘/鼠标等操作
		glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);  //窗口背景颜色，RGB，最后一个是透明度
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
		//Bind the shader
		//glUseProgram(shaderProgram); //使用调色器,不注释
		ourShader.Use();
		//glm 从 0.9.9 版本起，默认会将矩阵类型初始化为一个零矩阵（所有元素均为 0）
		glm::mat4 transform = glm::mat4(1.0f);  //初始化 4 * 4 单位矩阵

		//旋转
		//GLM 希望它的角度是弧度制，radians 将角度转化为弧度制
		//glfwGetTime()：让图形一直变换，做一个类型转换，用 static_cast<GLfloat>，设为 GLfloat 型
		//glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f)，分别绕 x 轴、y 轴、z 轴进行旋转，如果都为 1.0f，就是绕和向量 (1,1,1) 转
		transform = glm::rotate(transform, glm::radians(20.0f) * static_cast<GLfloat>(glfwGetTime()), glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f));

		//缩放，x、y、z 都缩放到原来的 0.5 倍
		transform = glm::scale(transform, glm::vec3(0.5f, 0.5f, 0.5f));

		//平移
		//transform = 

		GLuint transLoc = glGetUniformLocation(ourShader.Program, "transform");  //到 vs 找到那个 transform 变量
		//Matrix4fv：4维矩阵，fv：浮点类型
		//transLoc：变量 uniform 的位置
		//1：代表只传入一个矩阵
		//GL_FALSE：不对矩阵进行置换，即不交换矩阵的行和列。GLM 的默认布局就是列主序，所以并不需要置换矩阵
		//最后：直接给出 transform 矩阵数组，这里我们要把矩阵转换成数组的格式传递。
		glUniformMatrix4fv(transLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(transform));  //glUniformMatrix4fv：四个坐标 glUniform4fv：三个坐标

		//Draw the triangle
		glBindVertexArray(VAO);  //使用 VAO，直接绑定

		glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
		//glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3); //画三角形，从第 0 个数据开始画，到最后一个数据（第 3 个）结束
		glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
		glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0); //解绑定
		glBindVertexArray(0);

		glfwSwapBuffers(window);  //调用双面进行画，显示一个，另一个在画，画面更流畅
	}
	glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
	glDeleteBuffers(1, &VBO);
	glDeleteBuffers(1, &EBO);

	glfwTerminate();
	return 0;
}

• Shader.h

#pragma once
//#ifndef shader_hpp
//#define shader_hpp
//#endif /* shader_hpp */
#include<string>
#include<fstream> //可以打开文件
#include<sstream>
#include<iostream>
#include<GL/glew.h>

class Shader {
	GLuint vertex, fragment;
public:
	GLuint Program;
	Shader(const GLchar * vertexPath, const GLchar * fragmentPath)
	{
		std::string vertexCode;
		std::string fragmentCode;
		std::ifstream vShaderFile;
		std::ifstream fShaderFile;
		vShaderFile.exceptions(std::ifstream::badbit);
		fShaderFile.exceptions(std::ifstream::badbit);

		try {
			vShaderFile.open(vertexPath);
			fShaderFile.open(fragmentPath);

			std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;

			vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
			fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();

			//文件关闭顺序，先 v 再 f
			vShaderFile.close();
			fShaderFile.close();

			vertexCode = vShaderStream.str();
			fragmentCode = fShaderStream.str();
		}
		catch (std::ifstream::failure a) {
			std::cout <<
				"ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESSFULLY_READ"
				<< std::endl;
		}
		//类型转换
		const GLchar *vShaderCode = vertexCode.c_str();
		const GLchar *fShaderCode = fragmentCode.c_str();

		//import and compile the shader
		vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);  //不用重新定义
		glShaderSource(vertex, 1, &vShaderCode, NULL);
		glCompileShader(vertex);  //编译

		GLint success;
		GLchar infoLog[512];
		glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success);  //编译是否完成的位置
		if (!success) {
			glGetShaderInfoLog(vertex, 512, NULL, infoLog);
			std::cout <<
				"ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n"
				<< infoLog << std::endl;
		}

		//边缘调色器
		fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
		glShaderSource(fragment, 1, &fShaderCode, NULL);
		glCompileShader(fragment);  //编译

		glGetShaderiv(fragment, GL_COMPILE_STATUS, &success);  //编译是否完成的位置
		if (!success) {
			glGetShaderInfoLog(fragment, 512, NULL, infoLog);
			std::cout <<
				"ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n"
				<< infoLog << std::endl;
		}

		//create the program and link the program
		this->Program = glCreateProgram();  //创建着色器程序
		glAttachShader(this->Program, vertex);
		glAttachShader(this->Program, fragment);
		glLinkProgram(this->Program);  //链接

		glValidateProgram(this->Program);  //可省略
		glGetProgramiv(this->Program, GL_LINK_STATUS, &success);
		if (!success) {
			glGetProgramInfoLog(this->Program, 512, NULL, infoLog);  //获取链接情况
			std::cout <<
				"ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" <<
				infoLog << std::endl;
		}
	}

	~Shader() {
		glDetachShader(this->Program, vertex);
		glDetachShader(this->Program, fragment);
		glDeleteShader(vertex);
		glDeleteShader(fragment);
		glDeleteProgram(this->Program);
	}
	void Use() {
		glUseProgram(this->Program);
	}
};

• core1.vs

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position;
uniform mat4 transform;

void main(){
    gl_Position = transform * vec4(position, 1.0f);
}

• core1.frag

#version 330 core
out vec4 color;

void main(){
    color = vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.1f);
}

程序正常运行，应该能出现一个 3D 红色动态的矩形在转。

其实这个矩形是绕着（1,1,1）在转动的。

三、讲解

引入 GLM 库。

//glm
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp> //需要什么变换，就导入什么文件，具体可以去官网看
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>

初始化单位矩阵。

        //glm 从 0.9.9 版本起，默认会将矩阵类型初始化为一个零矩阵（所有元素均为 0）
		glm::mat4 transform = glm::mat4(1.0f);  //初始化 4 * 4 单位矩阵

旋转。

        //旋转
		//GLM 希望它的角度是弧度制，radians 将角度转化为弧度制
		//glfwGetTime()：让图形一直变换，做一个类型转换，用 static_cast<GLfloat>，设为 GLfloat 型
		//glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f)，分别绕 x 轴、y 轴、z 轴进行旋转，如果都为 1.0f，就是绕和向量 (1,1,1) 转
		transform = glm::rotate(transform, glm::radians(20.0f) * static_cast<GLfloat>(glfwGetTime()), glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f));

缩放。

        //缩放，x、y、z 都缩放到原来的 0.5 倍
		transform = glm::scale(transform, glm::vec3(0.5f, 0.5f, 0.5f));

传矩阵数据。

        GLuint transLoc = glGetUniformLocation(ourShader.Program, "transform");  //到 vs 找到那个 transform 变量
		//Matrix4fv：4维矩阵，fv：浮点类型
		//transLoc：变量 uniform 的位置
		//1：代表只传入一个矩阵
		//GL_FALSE：不对矩阵进行置换，即不交换矩阵的行和列。GLM 的默认布局就是列主序，所以并不需要置换矩阵
		//最后：直接给出 transform 矩阵数组，这里我们要把矩阵转换成数组的格式传递。
		glUniformMatrix4fv(transLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(transform));  //glUniformMatrix4fv：四个坐标 glUniform4fv：三个坐标

把之前关于 纹理 的代码都要删掉。

四、致谢

变换

从 0 开始的 OpenGL 学习（七）- 转换