1. 概述

本文基于C++语言,描述OpenGL的变换

前置知识可参考:

笔者这里不过多描述每个名词、函数和细节,更详细的文档可以参考:

2. 导入GLM

平移、旋转、缩放等变换主要是使用变换矩阵来实现

OpenGL Mathematics(GLM)是一个基于GLSL的只有头文件的C++数学运算库

GLM的GitHub站点为:g-truc/glm: OpenGL Mathematics (GLM) (github.com)

使用GLM只需将其头文件的根目录包含到工程目录中即可

笔者这里使用的是CMake进行构建,所以只需将GLM目录使用CMake语句进行包含即可:

include_directories(lib)

引入头文件:

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

3. 设置变换矩阵

设置一个平移、旋转、缩放的矩阵:

glm::mat4 trans = glm::mat4(1.0f);
trans = glm::translate(trans, glm::vec3(0.5f, -0.5f, 0.0f)*(float)sin(glfwGetTime()));
trans = glm::rotate(trans, (float)glfwGetTime(), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
trans = glm::scale(trans, glm::vec3(1.0f, 1.0f, 0.0f)*(float)(sin(glfwGetTime()) * 0.5 + 0.5));

在顶点着色器中将变换矩阵与坐标结合:

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoord; out vec3 ourColor;
out vec2 TexCoord; uniform mat4 transform; void main()
{
gl_Position = transform * vec4(aPos, 1.0);
ourColor = aColor;
TexCoord = aTexCoord;
}

将变换矩阵输入到GPU:

glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(ourShader.ID, "transform"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(trans));

如果顺利的话,结果如下:

4. 完整代码

主要文件test.cpp

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
#include "Shader.hpp"
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp> void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height);
void process_input(GLFWwindow *window);
unsigned int *renderInit();
void render(unsigned int shaderProgram, unsigned int VAO, unsigned int texture1, unsigned int texture2);
bool checkCompile(unsigned int shader);
bool checkProgram(unsigned int shaderProgram); int main()
{
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "transformation", nullptr, nullptr); if (window == nullptr)
{
std::cout << "Faild to create window" << std::endl;
glfwTerminate();
}
glfwMakeContextCurrent(window); if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Faild to initialize glad" << std::endl;
return -1;
}
glad_glViewport(0, 0, 800, 600);
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback); unsigned int *arr = renderInit(); while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
process_input(window); glm::mat4 trans = glm::mat4(1.0f);
trans = glm::translate(trans, glm::vec3(0.5f, -0.5f, 0.0f)*(float)sin(glfwGetTime()));
trans = glm::rotate(trans, (float)glfwGetTime(), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
trans = glm::scale(trans, glm::vec3(1.0f, 1.0f, 0.0f)*(float)(sin(glfwGetTime()) * 0.5 + 0.5));
glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(arr[0], "transform"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(trans)); // render std::cout << arr[0] << " " << arr[1] << " " << arr[2] << " " << arr[3] << " " << arr[4] << std::endl;
render(arr[0], arr[1], arr[3], arr[4]); glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
} glDeleteProgram(arr[0]);
glDeleteVertexArrays(1, &arr[1]);
glDeleteBuffers(1, &arr[2]); glfwTerminate();
return 0;
} void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height);
} void process_input(GLFWwindow *window)
{
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
{
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}
} unsigned int *renderInit()
{
unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glBindVertexArray(VAO); unsigned int texture1;
glGenTextures(1, &texture1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
// 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
// 加载并生成纹理
int width, height, nrChannels;
unsigned char *data = stbi_load("../container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
}
else
{
std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
}
stbi_image_free(data); unsigned int texture2;
glGenTextures(1, &texture2);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
// 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
// // 加载并生成纹理
int width2, height2, nrChannels2;
stbi_set_flip_vertically_on_load(true);
unsigned char *data2 = stbi_load("../awesomeface.png", &width2, &height2, &nrChannels2, 0);
if (data2)
{
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width2, height2, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data2);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
}
else
{
std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
}
stbi_image_free(data2); float vertices[] = {
// ---- 位置 ---- ---- 颜色 ---- - 纹理坐标 -
0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, // 右上
0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, // 右下
-0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, // 左下
-0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f // 左上
};
unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW); unsigned int indices[] = {
0, 1, 3, // first triangle
1, 2, 3 // second triangle
};
unsigned int EBO;
glGenBuffers(1, &EBO);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void *)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void *)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void *)(6 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(2); Shader shaderProgram = Shader("../test.vs.glsl", "../test.fs.glsl");
shaderProgram.use(); glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram.ID, "texture1"), 0);
glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram.ID, "texture2"), 1);
return new unsigned int[5]{shaderProgram.ID, VAO, VBO, texture1, texture2};
}
void render(unsigned int shaderProgram, unsigned int VAO, unsigned int texture1, unsigned int texture2)
{
glClearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
glUseProgram(shaderProgram); glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
}

顶点着色器test.vs.glsl

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoord; out vec3 ourColor;
out vec2 TexCoord; uniform mat4 transform; void main()
{
gl_Position = transform * vec4(aPos, 1.0);
ourColor = aColor;
TexCoord = aTexCoord;
}

片段着色器test.fs.glsl

#version 330 core
out vec4 FragColor; in vec3 ourColor;
in vec2 TexCoord; uniform sampler2D texture1;
uniform sampler2D texture2; void main()
{
FragColor = mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, TexCoord), 0.2);
}

CMake构建文件CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.3)
set(CMAKE_C_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14) project(transformation) find_package(glfw3 REQUIRED)
find_package( OpenGL REQUIRED )
include_directories( ${OPENGL_INCLUDE_DIRS} lib)
file(GLOB project_file glad.c Shader.hpp test.cpp)
add_executable(${PROJECT_NAME} ${project_file}) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} ${OPENGL_LIBRARIES} glfw)

5. 参考资料

[1]变换 - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)

[2]glm/manual.md at master · g-truc/glm (github.com)

[3]OpenGL学习笔记三——引入GLM库,实现transform_绿洲守望者的博客-CSDN博客_glm库

[4]OpenGL学习笔记(五)纹理 - 知乎 (zhihu.com)

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