OpenGL概念

用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。Open Graphics Library由Khronos组织制定并维护的规范。OpenGL核心是一个C库，同时也支持多种语言的派生。

框架：OpenGL+Qt

没有Qt需要配置第三方库GLFW和GLAD。

GLFW解决操作系统层面的不同，如果窗口、上下文、用户输入都自己做太麻烦：

  • 创建窗口，GLFW做
  • 定义上下文，GLFW做
  • 处理用户输入，GLFW做

GLAD使得代码可以用于不同的OpenGL驱动

  • OpenGL本身只是标准/规范。对于软件和硬件的适配OpenGL不管，由程序猿来做。

  • 各个厂家具体实现方式可以不同。

  • 没有GLAD，windows下需要通过函数指针调用显卡的函数，但是显卡驱动具体函数的地址只有在运行时才知道。

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    //define the function's prototype
    typedef void (*GL_GENBUFFERS) (GLsizei, GLuint*);
    //find the function and assign it to a function pointer
    GL_GENBUFFERS glGenBuffers = (GL_GENBUFFERS)wglGetProcAddress("glGenBuffers");//wglGetProcAddress("glGenBuffers")获取显卡在当前上下文状态下的OpenGL函数glGenBuffers的地址。
    //function can now be called as normal
    unsigned int buffer;
    glGenBuffers(1, &buffer);

    有GLAD,我们只使用GLAD的固定代码，让GLAD去找显卡的驱动函数地址。

**核心模式（Core-profile）**也叫可编程管线、现代模式、可编程模式，提供了更多的灵活性，更高的效率，更重要的是可以更深入的理解图形编程。

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GPU渲染流程：

  1. 输入给GPU顶点数据。（可编程）
  2. GPU将顶点装配成图元，即建立大框架。（不可编程）
  3. GPU在大框架中插入部分点。（可编程）
  4. GPU在几何润色的框架基础上生成像素栅格。（不可编程）
  5. GPU把栅格化的框架着色。（可编程）
  6. GPU将多个着色的栅格（位置有前有后）框架融合和混合。（不可编程）

非可编程管线即固定管线，2、4、6的步骤的输入输出都以写死；1、3、5的步骤是可编程的管线，其中1、5是必须要写代码的模块，3可以写代码也可以使用默认处理流程。

立即渲染

  • 这是早期OpenGL使用的模式（固定渲染管线）。
  • OpenGL的大多数功能都被库隐藏起来，容易使用和理解但是效率低。
  • 开发者很少能控制OpenGL如何进行计算。
  • 从OpenGL3.2以后，推出核心模式。

状态机

  • OpenGL自身是一个巨大的状态机（上下文即当前状态）
    • 描述该如何操作的所有变量的大集合。
  • OpenGL的状态通常被称为上下文(Context)。
  • 状态机函数分两种：
    • 状态设置函数（State-changing Function）
    • 状态应用函数（State-using Function）
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我们通过改变一些上下文变量来改变OpenGL状态，从而告诉OpenGL如何去绘图。

对象

一个对象是指一些选项的集合，代表OpenGL状态的一个子集。例如一个对象可以是绘图窗口，其包含若干OpenGL状态，如窗口大小、颜色位数等。可以将一个C风格的结构体视作一个对像。

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struct object_name {
  GLfloat option1;
  GLint option2;
  GLchar[] name;
};

OpenGL上下文是一个超大的状态集合（状态机、结构体）可以包含若干子集（对象、结构体）。

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struct OpenGL_Context{
  ...
  object* object_Window_Target;
  ...
};

当前状态只有一份，如果每次显示不同的效果都要重新配置会很麻烦。这时我们就需要一些小助理（对象），帮忙记录某些状态信息，以便复用。如果我们有10种子集，每个子集有10种不同的状态，那么我们需要100个小助理（对象）。

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//创建对象,使用OpenGL自己的uint,可以跨平台
GLuint objectId = 0;
glGenObject(1,&objectId); //给助理（对象）一个编号
//绑定对象至上下文，给助理分配任务，记录GL_WINDOW_TARGET的状态
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId); //该助理（对象），这次的工作内容（任务）需要绑定了才确定
//设置GL_WINDOW_TARGET对象的一些选项，即状态
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800);
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600);
//将上下文的GL_WINDOW_TARGET对像设回默认
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0); //助理（对象）已经记录了上面的内容，可以休息了。需要查看记录的时候喊他过来就好，即再次绑定助理
//一旦我们重新绑定这个对象到GL_WINDOW_TARGET位置，这些选项就会重新生效

Hello World

QOpenGLWidget

QOpenGLWidget提供了三个便捷的虚函数，可以重载，用来重新实现典型的OpenGL任务，不需要GLFW库：

  • paintGL: 渲染OpenGL场景,绘画操作（QOpenGLFunctions_X_X_Core里提供的函数指针）都放到该函数中。widget需要更新时调用。
  • resizeGL: 设置OpenGL视口、投影等。widget调整大小时调用。
  • initializeGL: 设置OpenGL资源和状态。第一次调用resizeGL()，paintGL()之前调用一次。
  • 如果需要从paintGL()以外的位置触发重新绘图（例如使用计时器设置场景动画），则应调用widget的update()函数来安排更新。在paintGL()以外的位置调用绘制函数没有意义，绘制图像最终将被paintGL()覆盖。
  • 调用paintGL()，resizeGL(),initializeGL()时，widget的OpenGL呈现上下文将变为当前。如果需要从其他位置( 例如在widget的构造函数或自己的绘制函数中)调用标准OpenGL API函数，则必须首先调用makeCurrent()获取当前状态然后update。

QOpenGLFunctions_X_X_Core

QOpenGLFunctions_X_X_Core提供OpenGL X_X版本核心模式的所有功能，是对OpenGL函数的封装，不需要GLAD库， _X_X_表示版本号例如3_3。

  • initializeOpenGLFunctions: 初始化OpenGL函数，将QOpenGLFunctions_X_X_Core里的函数指针（例如glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);）指向显卡的函数。否则运行空指针报错。

Vulkan概念

GitHub

Vulkan是一种基于命令缓冲区的底层图形API接口，能够更好地利用现代GPU的强大计算能力，从而获得更高的渲染性能和更低的CPU开销。与OpenGL相比，Vulkan提供了更详细的硬件控制、更高效的内存管理、更灵活的管线状态管理和多线程支持等优势。

图形学api是用gpu加速图形学中的计算过程的。shader是用g pu计算的，c++使用cpu计算的，当需要cpu和gpu交互时需要使用vulkan。