英语网站 php源码,网站建设与管理心得体会,网站建设要托管服务器,惠东住房建设局网站文章目录 向量变换使用GLM变换#xff08;缩放、旋转、位移#xff09;将变换矩阵传递给着色器坐标系统与MVP矩阵三维变换绘制3D立方体 深度测试#xff08;Z-buffer#xff09;练习1——更多立方体 现在我们已经知道了如何创建一个物体、着色、加入纹理。但它们都还… 文章目录 向量变换使用GLM变换缩放、旋转、位移将变换矩阵传递给着色器坐标系统与MVP矩阵三维变换绘制3D立方体 深度测试Z-buffer练习1——更多立方体 现在我们已经知道了如何创建一个物体、着色、加入纹理。但它们都还是静态的物体我们可以尝试着在每一帧改变物体的顶点并且重配置缓冲区从而使它们移动但这太繁琐了而且会消耗很多的处理时间。通常我们使用矩阵(Matrix)对象来变换一个物体。
相关图形学原理参考GAMES101学习笔记二Transformation 变换 仿射变换、模型、视图、投影 线性代数相关基础知识不在此介绍。本节重点关注如何使用矩阵对向量进行变换以及GLM数学库的使用。 GLM是OpenGL Mathematics的缩写它是一个只有头文件的库也就是说我们只需包含对应的头文件就行了不用链接和编译。在官网下载 向量变换
在Shader部分我们了解了GLSL(OpenGL Shading Language)中会用到两种容器类型向量(Vector) 和 矩阵(Matrix)。我们用向量来表示位置表示颜色甚至是纹理坐标。
深入了解一下向量它其实就是一个N×1矩阵N表示向量分量的个数也叫N维(N-dimensional)向量。如果我们有一个M×N矩阵我们可以用这个矩阵乘以我们的N×1向量。
用变换矩阵和向量相乘即完成了向量的坐标变换。单位矩阵与向量相乘向量不变但单位矩阵通常是生成其他变换矩阵的起点。
在OpenGL中我们通常使用4×4的变换矩阵而其中最重要的原因就是大部分的向量都是4分量的(x, y, z, w) 齐次坐标(Homogeneous Coordinates) 向量的w分量也叫齐次坐标。想要从齐次向量得到3D向量我们可以把x、y和z坐标分别除以w坐标。w分量通常是1.0。如果一个向量的齐次坐标是0这个坐标就是方向向量(Direction Vector)因为w坐标是0这个向量就不能位移。使用齐次坐标有几点好处它允许我们在3D向量上进行位移如果没有w分量我们是不能位移向量的可以用w值创建3D视觉效果。 缩放变换(Scaling) 缩放是对向量的长度进行缩放而保持它的方向不变。 位移变换(Translation) 位移是在原始向量的基础上加上另一个向量从而获得一个在不同位置的新向量的过程从而在位移向量基础上移动了原始向量。 旋转变换(Rotation) 在3D空间中旋转需要定义一个角度和一个旋转轴。物体会沿着给定的旋转轴旋转特定角度。旋转矩阵在3D空间中每个单位轴都有不同定义旋转角度用θθ表示 可以将多个旋转矩阵复合比如先沿着x轴旋转再沿着y轴旋转。但是这会导致一个问题——万向节死锁Gimbal Lock。避免万向节死锁的真正解决方案是使用四元数(Quaternion)它不仅更安全而且计算会更有效率。这些内容我们暂时不在这里讨论。 变换矩阵的组合 根据矩阵之间的乘法我们可以把多个变换组合到一个矩阵中。
需要注意的是矩阵乘法是不遵守交换律的这意味着它们的顺序很重要。 在使用GLM创建变换矩阵时通常的执行顺序是缩放 - 旋转 - 位移。这是因为变换矩阵是按照从右到左的顺序相乘的而每个变换都是相对于物体自身的坐标系进行的。下面解释为什么这个顺序很重要以及它是如何工作的
缩放首先应用缩放变换是因为你通常希望物体在它自己的局部坐标系中均匀或非均匀地伸缩。如果先进行了旋转或位移再缩放那么缩放因子会同时影响物体的位置和方向这通常不是预期的行为。旋转然后应用旋转变换因为它是在缩放之后物体已经处于正确的大小下进行的。旋转也是基于物体的局部坐标系因此它可以改变物体的方向而不改变它的位置。位移最后应用位移平移。此时物体已经有了正确的大小和方向所以现在可以将其移动到世界坐标系中的正确位置。
在代码中我们的阅读顺序和实际变换顺序是相反的。
mat4 transform mat4(1.0f);
transform glm::translate(transform, translation); // 最后应用 (从右往左读)
transform glm::rotate(transform, angle, axis); // 中间应用
transform glm::scale(transform, scale); // 最先应用使用GLM变换缩放、旋转、位移
我们已经了解了变换背后的所有理论实践中将使用GLM库进行变换。这是一个抽象所有的数学细节专门为OpenGL量身定做的数学库。我们需要的GLM的大多数功能都可以从下面这3个头文件中找到
#include glm/glm.hpp
#include glm/gtc/matrix_transform.hpp
#include glm/gtc/type_ptr.hpp使用glm::translate进行位移变换
//应用示例把一个向量(1, 0, 0)位移(1, 1, 0)个单位
glm::vec4 vec(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //目标向量
glm::mat4 trans glm::mat4(1.0f); //单位矩阵
trans glm::translate(trans, glm::vec3(1.0f, 1.0f, 0.0f)); //变换矩阵
vec trans * vec; //位移矩阵 * 目标向量
std::cout vec.x vec.y vec.z std::endl;使用glm::rotate进行旋转变换。 使用glm::scale进行缩放变换。
//应用示例创建变换矩阵实现先缩放0.5倍然后逆时针旋转90度。
glm::mat4 trans glm::mat4(1.0f);
trans glm::rotate(trans, glm::radians(90.0f), glm::vec3(0.0, 0.0, 1.0));
trans glm::scale(trans, glm::vec3(0.5, 0.5, 0.5));我们的2维图形是在XY面上的所以把它绕Z轴glm::vec3(0.0, 0.0, 1.0)旋转。应用旋转时使用glm::radians将角度转化为弧度。我们trans矩阵传递给了GLM的每个函数GLM会自动将矩阵相乘返回的结果是一个包括了多个变换的变换矩阵。
将变换矩阵传递给着色器
修改顶点着色器 让其接收一个mat4的uniform变量。在把位置向量传给gl_Position之前将其与变换矩阵相乘
#version 330 core
layout (location 0) in vec3 aPos;
layout (location 1) in vec2 aTexCoord;out vec2 TexCoord;uniform mat4 transform;void main()
{gl_Position transform * vec4(aPos, 1.0f);TexCoord vec2(aTexCoord.x, 1.0 - aTexCoord.y);
}在渲染循环中把变换矩阵传递给着色器
// get matrixs uniform location and set matrix
ourShader.use();
unsigned int transformLoc glGetUniformLocation(ourShader.ID, transform);
glUniformMatrix4fv(transformLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(transform));首先用glGetUniformLocation查询uniform变量的地址 然后用glUniformMatrix4fv函数把矩阵数据发送给着色器。 第一个参数指定uniform的位置值。 第二个参数指定将要发送多少个矩阵这里是1。 第三个参数指定是否对矩阵进行转置(Transpose)也就是交换矩阵的行和列。 OpenGL开发通常使用一种内部矩阵布局叫做列主序(Column-major Ordering)布局。GLM的默认布局就是列主序所以并不需要转置矩阵我们填GL_FALSE。 第四个参数是真正的矩阵数据但是GLM的矩阵储存与OpenGL所接受的形式不同因此要先用GLM的自带的函数value_ptr来变换这些数据。
我们创建了一个变换矩阵在顶点着色器中声明了一个uniform并把矩阵发送给了着色器着色器会变换我们的顶点坐标。此时重新编译生成就可以看到我们的图形向左侧旋转并是原来的一半大小。
修改变换矩阵 尝试让图形 随着时间推移旋转并移动到窗口右下角
glm::mat4 transform glm::mat4(1.0f);
transform glm::translate(transform, glm::vec3(0.5f, -0.5f, 0.0f));
transform glm::rotate(transform, (float)glfwGetTime(), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));要让箱子随着时间推移旋转我们必须在渲染循环中更新变换矩阵因为它在每一次渲染迭代中都要更新。我们通过glfwGetTime来获取不同时间的角度。
前面的例子中我们可以在任何地方声明变换矩阵但是现在我们必须在每一次迭代中创建它从而保证我们能够不断更新旋转角度。这也就意味着我们不得不在每次渲染循环的迭代中重新创建变换矩阵。 通常在渲染场景的时候我们也会有多个需要在每次渲染迭代中都用新值重新创建的变换矩阵。 在这里我们先把箱子围绕Z轴glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f)旋转之后我们把旋转过后的箱子位移到屏幕的右下角。
如果我们调换位移和旋转的顺序会发生什么
int main()
{[...]while(!glfwWindowShouldClose(window)){[...] // Create transformationsglm::mat4 transform;transform glm::rotate(transform, (float)glfwGetTime(), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f)); // Switched the ordertransform glm::translate(transform, glm::vec3(0.5f, -0.5f, 0.0f)); // Switched the order [...]}
}结果是箱子先位移到了右下角然后绕着屏幕中心旋转而不是绕自身中心旋转。
/* Why does our container now spin around our screen?:Remember that matrix multiplication is applied in reverse. This time a translation is thus
applied first to the container positioning it in the bottom-right corner of the screen.
After the translation the rotation is applied to the translated container.A rotation transformation is also known as a change-of-basis transformation
for when we dig a bit deeper into linear algebra. Since were changing the
basis of the container, the next resulting translations will translate the container
based on the new basis vectors. Once the vector is slightly rotated, the vertical
translations would also be slightly translated for example.If we would first apply rotations then theyd resolve around the rotation origin (0,0,0), but
since the container is first translated, its rotation origin is no longer (0,0,0) making it
looks as if its circling around the origin of the scene.If you had trouble visualizing this or figuring it out, dont worry. If you
experiment with transformations youll soon get the grasp of it; all it takes
is practice and experience.
*/需要牢记的是实际的变换顺序应该与阅读顺序相反尽管在代码中我们先位移再旋转实际的变换却是先应用旋转再是位移的。明白所有这些变换的组合并且知道它们是如何应用到物体上是一件非常困难的事情。只有不断地尝试和实验这些变换你才能快速地掌握它们。 现在我们可以明白为什么矩阵在图形领域是一个如此重要的工具了。我们可以定义无限数量的变换而把它们组合为仅仅一个矩阵如果愿意的话我们还可以重复使用它。在着色器中使用矩阵可以省去重新定义顶点数据的功夫它也能够节省处理时间因为我们没有一直重新发送我们的数据这是个非常慢的过程。 坐标系统与MVP矩阵
现在我们已经了解了如何有效地利用矩阵的变换来对所有顶点进行变换。接下来回到渲染流程中
回顾渲染管线流程OpenGL希望在每次顶点着色器运行后我们可见的所有顶点都为标准化设备坐标(Normalized Device Coordinate, NDC)。我们通常会自己设定一个坐标的范围之后再在顶点着色器中将这些坐标变换为标准化设备坐标。然后将这些标准化设备坐标传入光栅器(Rasterizer)将它们变换为屏幕上的二维坐标或像素。
这个转化过程通常是分部进行的。顶点坐标-标准化设备坐标-屏幕坐标过程中会被转换到多个过渡坐标系统。在这些特定的坐标系统中一些操作或运算更加方便和容易
局部空间(Local Space或者称为物体空间(Object Space))世界空间(World Space)观察空间(View Space或者称为视觉空间(Eye Space))裁剪空间(Clip Space)屏幕空间(Screen Space)
为了将坐标从一个坐标系变换到另一个坐标系我们需要用到几个变换矩阵最重要的几个分别是模型(Model)、观察(View)、投影(Projection) 三个矩阵即MVP矩阵。变换过程如图所示
局部坐标是对象相对于局部原点的坐标也是物体起始的坐标。世界坐标是处于一个更大的空间范围的。这些坐标相对于世界的全局原点它们会和其它物体一起相对于世界的原点进行摆放。观察坐标通过view矩阵变换使得每个坐标都是从摄像机或者说观察者的角度进行观察的。裁剪坐标通过projection矩阵变换将坐标处理至-1.0到1.0的范围内并判断哪些顶点将会出现在屏幕上。最后我们使用视口变换(Viewport Transform)将裁剪坐标变换为屏幕坐标。视口变换将位于-1.0到1.0范围的坐标变换到由glViewport函数所定义的坐标范围内。最后变换出来的坐标将会送到光栅器将其转化为片段。 局部空间
局部空间是指物体所在的坐标空间一般也是建模软件中创建模型时的坐标空间。 局部空间坐标是对象相对于局部原点的坐标也是物体起始的坐标。 世界空间
当我们将多个物体导入到程序当中它们有可能会全挤在世界的原点(0, 0, 0)上模型会重叠在一起这并不是我们想要的结果。我们想为每一个物体定义一个位置从而能在更大的世界当中分别放置它们。世界空间坐标相对于世界的全局原点。物体的坐标将会由模型矩阵(Model Matrix) 从局部变换到世界空间。
模型矩阵是一种变换矩阵它能通过对物体进行位移、缩放、旋转来将它置于它本应该在的位置或朝向。 你可以将它想像为变换一个房子你需要先将它 缩小它在局部空间中太大了并将其 位移 至郊区的一个小镇然后在y轴上往左 旋转 一点以搭配附近的房子。 观察空间
观察空间经常被称为OpenGL的摄像机(Camera)有时也称为摄像机空间(Camera Space)或视觉空间(Eye Space)。观察空间是将世界空间坐标转化为用户视野前方的坐标而产生的结果。
因此观察空间就是从摄像机的视角所观察到的空间。而这通常是由一系列的位移和旋转的组合来完成平移/旋转场景从而使得特定的对象被变换到摄像机的前方。这些组合在一起的变换通常存储在一个 观察矩阵(View Matrix) 里它被用来将世界坐标变换到观察空间。
Camera详解 裁剪空间
在经过Model矩阵变换和View矩阵变换之后我们还需要定义一个 投影矩阵(Projection Matrix) 将定点坐标从观察空间变换到裁剪空间。OpenGL期望所有的坐标都能落在一个特定的范围内且任何在这个范围之外的点都应该被裁剪掉(Clipped)。 投影矩阵(Projection Matrix)指定了一个范围的坐标比如在每个维度上的-1000到1000。投影矩阵接着会将在这个指定的范围内的坐标变换为标准化设备坐标的范围(-1.0, 1.0)。所有在范围外的坐标不会被映射到在-1.0到1.0的范围之间所以会被裁剪掉。在上面这个投影矩阵所指定的范围内坐标(1250, 500, 750)将是不可见的这是由于它的x坐标超出了范围它被转化为一个大于1.0的标准化设备坐标所以被裁剪掉了。 如果只是图元(Primitive)例如三角形的一部分超出了裁剪体积(Clipping Volume)则OpenGL会重新构建这个三角形为一个或多个三角形让其能够适合这个裁剪范围。
将特定范围内的坐标转化到标准化设备坐标系的过程 被称之为投影(Projection)使用投影矩阵能将3D坐标投影(Project)到很容易映射到2D的标准化设备坐标系中。由投影矩阵创建的观察箱(Viewing Box)被称为平截头体(Frustum)每个出现在平截头体范围内的坐标都会最终出现在用户的屏幕上。
一旦所有顶点被变换到裁剪空间最终的操作——透视除法(Perspective Division) 将会执行在这个过程中我们将位置向量的xyz分量分别除以向量的齐次w分量透视除法是将4D裁剪空间坐标变换为3D标准化设备坐标的过程。这一步会在每一个顶点着色器运行的最后被自动执行。
在这一阶段之后最终的坐标将会被映射到屏幕空间中使用glViewport中的设定并被变换成片段。
将观察坐标变换为裁剪坐标的投影矩阵可以为两种不同的形式每种形式都定义了不同的平截头体。我们可以选择创建一个正射投影矩阵(Orthographic Projection Matrix)或一个透视投影矩阵(Perspective Projection Matrix)。
透视原理可以参考GAMES101学习笔记二Transformation 变换 仿射变换、模型、视图、投影
正射/正交投影
正射投影矩阵定义了一个类似立方体的平截头箱它定义了一个裁剪空间在这空间之外的顶点都会被裁剪掉。它由宽、高、近(Near)平面和远(Far)平面所指定。 使用GLM的内置函数glm::ortho创建一个正射投影矩阵
glm::ortho(0.0f, 800.0f, 0.0f, 600.0f, 0.1f, 100.0f);前两个参数指定了平截头体的左边缘和右边缘。第三和第四参数指定了平截头体的底部和顶部。通过这四个参数我们定义了近平面和远平面的大小第五和第六个参数定义了近平面和远平面的距离。这个投影矩阵会将处于这些xyz值范围内的坐标变换为标准化设备坐标。
正射投影矩阵直接将坐标映射到2D平面中即你的屏幕但实际上一个直接的投影矩阵会产生不真实的结果因为这个投影没有将透视(Perspective)考虑进去。所以我们需要一个透视投影矩阵来解决这个问题。
透视投影
透视(Perspective)在实际生活中我们会发现离你越远的东西看起来更小这就是透视效果。 如上图由于透视这两条线在很远的地方看起来会相交。这正是透视投影想要模仿的效果它是使用透视投影矩阵来完成的。
这个投影矩阵将给定的平截头体范围映射到裁剪空间除此之外还修改了每个顶点坐标的w值从而使得离观察者越远的顶点坐标w分量越大。 之后作为顶点着色器的输出透视除法会被应用到裁剪空间坐标上即顶点坐标的每个分量都会除以它的w分量距离观察者越远顶点坐标就会越小。这是我们在向量变换时提到的w的另一个重要作用。
最后的结果坐标就是处于标准化设备空间中的。可以在这篇文章中了解正射投影和透视投影的详细计算。 相比于正射投影投射投影创建了一个定义了可视空间的大平截头体一个透视平截头体可以被看作一个不均匀形状的箱子在这个箱子内部的每个坐标都会被映射到裁剪空间上的一个点。
使用GLM库中glm::perspective方法创建一个透视投影矩阵
glm::mat4 proj glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)width/(float)height, 0.1f, 100.0f);第一个参数定义了FOV的值即视野(Field of View)它设置了观察空间的大小。想要一个真实的观察效果它的值通常设置为45.0f第二个参数设置了宽高比由视口的宽除以高所得。第三和第四个参数设置了平截头体的近和远平面。我们通常设置近距离为0.1f而远距离设为100.0f。所有在近平面和远平面内且处于平截头体内的顶点都会被渲染。 当使用正射投影时每一个顶点坐标都会直接映射到裁剪空间中而不经过任何精细的透视除法它仍然会进行透视除法只是w分量没有被改变它保持为1因此没有起作用。因为正射投影没有使用透视远处的物体不会显得更小所以产生奇怪的视觉效果。由于这个原因正射投影主要用于二维渲染以及一些建筑或工程的程序在这些场景中我们更希望顶点不会被透视所干扰。 屏幕坐标
我们通过Model矩阵、View矩阵、Projection矩阵将局部坐标变换到了裁剪坐标 V c l i p M p r o j e c t i o n ⋅ M v i e w ⋅ M m o d e l ⋅ V l o c a l V_{clip} M_{projection} · M_{view} · M_{model} · V_{local} VclipMprojection⋅Mview⋅Mmodel⋅Vlocal 矩阵运算顺序是相反的我们需要从右往左阅读矩阵的乘法。最后顶点坐标被赋值到顶点着色器中的gl_Positon中OpenGL然后对裁剪坐标执行透视除法从而将它们变换到标准化设备坐标。
视口变换OpenGL会使用glViewPort内部的参数来将标准化设备坐标映射到屏幕坐标每个坐标都关联了一个屏幕上的点。
光栅化原理可以参考GAMES101学习笔记三Rasterization 光栅化三角形的离散化、抗锯齿、深度测试
三维变换
上文中我们了解了如何将3D坐标转换为2D坐标。接下来我们就可以真正引入3D模型进行3D绘图前面我们一直使用的是2D的三角形或矩形
首先创建一个模型矩阵。这个模型矩阵包含了位移、缩放与旋转操作它们会被应用到所有物体的顶点上以变换它们到全局的世界空间。让我们变换一下我们的平面将其绕着x轴旋转使它看起来像放在地上一样。这个模型矩阵看起来是这样的
glm::mat4 model;
model glm::rotate(model, glm::radians(-55.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));通过将顶点坐标乘以这个模型矩阵我们将该顶点坐标变换到世界坐标。我们的平面看起来就是在地板上代表全局世界里的平面。
接下来创建一个观察矩阵。我们想要在场景里面稍微往后移动以使得物体变成可见的当在世界空间时我们位于原点(0,0,0)。 想象在场景中移动将摄像机向后移动和将整个场景向前移动是一样的。
这正是观察矩阵所做的我们以相反于摄像机移动的方向移动整个场景。因为我们想要往后移动并且OpenGL是一个右手坐标系(Right-handed System)所以我们需要沿着z轴的正方向移动。我们会通过将场景沿着z轴负方向平移来实现。它会给我们一种我们在往后移动的感觉。 就目前来说观察矩阵是这样的在摄像机Camera章节中我们将会详细讨论如何在场景中移动
glm::mat4 view;
view glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f)); // 注意我们将矩阵向我们要进行移动场景的反方向移动。最后定义一个投影矩阵。我们希望在场景中使用透视投影所以像这样声明一个投影矩阵
glm::mat4 projection;
projection glm::perspective(glm::radians(45.0f), screenWidth / screenHeight, 0.1f, 100.0f);将创建的MVP变换矩阵传入着色器。 首先让我们在顶点着色器中声明一个uniform变换矩阵然后将它乘以顶点坐标
#version 330 core
layout (location 0) in vec3 aPos;
...
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;void main()
{// 注意乘法要从右向左读左乘gl_Position projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);...
}在渲染循环中将矩阵传入着色器这通常在每次的渲染迭代中进行因为变换矩阵会经常变动
int modelLoc glGetUniformLocation(ourShader.ID, model);
glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
... // 观察矩阵和投影矩阵与之类似我们的顶点坐标已经使用模型、观察和投影矩阵进行变换了最终的物体应该会稍微向后倾斜至地板方向、离我们有一些距离、有透视效果顶点越远变得越小。它看起来就像是一个3D的平面静止在一个虚构的地板上 源码参考 绘制3D立方体 深度测试Z-buffer
接下来拓展我们的2D平面为一个3D立方体。要想渲染一个立方体我们一共需要36个顶点
float vertices[] {-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,-0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,-0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,-0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f
};为了直观一点我们将让立方体随着时间旋转
model glm::rotate(model, (float)glfwGetTime() * glm::radians(50.0f), glm::vec3(0.5f, 1.0f, 0.0f));然后我们使用glDrawArrays来绘制立方体但这一次总共有36个顶点。
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);使用glDrawArrays而不是glDrawElements所以这个例子中没有使用EBO 成功绘制了一个立方体但他的面看起来相互遮挡的不正确。立方体的某些本应被遮挡住的面被绘制在了这个立方体其他面之上。之所以这样是因为OpenGL是逐个三角形绘制立方体的所以即便之前那里有东西它也会覆盖之前的像素。因为这个原因有些三角形会被绘制在其它三角形上面虽然它们本不应该是被覆盖的。
这里我们就要引入Z-buffer。 OpenGL存储它的所有深度信息于一个Z缓冲(Z-buffer)中也被称为深度缓冲(Depth Buffer)。它允许OpenGL决定何时覆盖一个像素而何时不覆盖。GLFW会自动为你生成这样一个缓冲就像它也有一个颜色缓冲来存储输出图像的颜色。深度值存储在每个片段里面作为片段的z值当片段想要输出它的颜色时OpenGL会将它的深度值和z缓冲进行比较如果当前的片段在其它片段之后它将会被丢弃否则将会覆盖。这个过程称为深度测试(Depth Testing)它是由OpenGL自动完成的。
我们只需要告诉OpenGL启用深度测试它默认是关闭的
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//glDisable(GL_DEPTH_TEST);因为我们使用了深度测试我们也想要在每次渲染迭代之前清除深度缓冲否则前一帧的深度信息仍然保存在缓冲中。就像清除颜色缓冲一样我们可以通过在glClear函数中指定DEPTH_BUFFER_BIT位来清除深度缓冲
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);现在看起来正常了 源码参考 练习1——更多立方体
现在我们想在屏幕上显示10个立方体。每个立方体看起来都是一样的区别在于它们在世界的位置及旋转角度不同。参考源码
立方体的图形布局已经定义好了所以当渲染更多物体的时候我们不需要改变我们的缓冲数组和属性数组我们唯一需要做的只是改变每个对象的模型矩阵来将立方体变换到世界坐标系中。
首先让我们为每个立方体定义一个位移向量来指定它在世界空间的位置。我们将在一个glm::vec3数组中定义10个立方体位置
glm::vec3 cubePositions[] {glm::vec3( 0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3( 2.0f, 5.0f, -15.0f), glm::vec3(-1.5f, -2.2f, -2.5f), glm::vec3(-3.8f, -2.0f, -12.3f), glm::vec3( 2.4f, -0.4f, -3.5f), glm::vec3(-1.7f, 3.0f, -7.5f), glm::vec3( 1.3f, -2.0f, -2.5f), glm::vec3( 1.5f, 2.0f, -2.5f), glm::vec3( 1.5f, 0.2f, -1.5f), glm::vec3(-1.3f, 1.0f, -1.5f)
};在渲染循环中我们调用glDrawArrays 10次但这次在我们渲染之前每次传入一个不同的模型矩阵到顶点着色器中。我们将会在渲染循环中创建一个小的循环用不同的模型矩阵渲染我们的物体10次。注意我们也对每个箱子加了一点旋转
glBindVertexArray(VAO);
for(unsigned int i 0; i 10; i)
{glm::mat4 model;model glm::translate(model, cubePositions[i]);float angle 20.0f * i; model glm::rotate(model, glm::radians(angle), glm::vec3(1.0f, 0.3f, 0.5f));ourShader.setMat4(model, model);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
}
