OpenGL渲染

双缓冲，循环渲染，管线

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循环渲染

让程序在我们主动关闭它之前不断绘制图像并能够接受用户输入。

while(!glfwWindowShouldClose(window))
{
    glfwSwapBuffers(window);
    glfwPollEvents();    
}

• glfwWindowShouldClose函数在我们每次循环的开始前检查一次GLFW是否被要求退出，如果是的话，该函数返回true，渲染循环将停止运行，之后我们就可以关闭应用程序。

• glfwSwapBuffers函数会交换颜色缓冲（它是一个储存着GLFW窗口每一个像素颜色值的大缓冲），它在这一迭代中被用来绘制，并且将会作为输出显示在屏幕上。

• glfwPollEvents函数检查有没有触发什么事件（比如键盘输入、鼠标移动等）、更新窗口状态，并调用对应的回调函数（可以通过回调方法手动设置）。

双缓冲

• 应用程序使用单缓冲绘图时可能会存在图像闪烁的问题。 这是因为生成的图像不是一下子被绘制出来的，而是按照从左到右，由上而下逐像素地绘制而成的。最终图像不是在瞬间显示给用户，而是通过一步一步生成的，这会导致渲染的结果很不真实。为了规避这些问题，我们应用双缓冲渲染窗口应用程序。前缓冲保存着最终输出的图像，它会在屏幕上显示；而所有的的渲染指令都会在后缓冲上绘制。当所有的渲染指令执行完毕后，我们交换(Swap)前缓冲和后缓冲，这样图像就立即呈显出来，之前提到的不真实感就消除了。

管线

• 3D坐标转为2D坐标的处理过程是由OpenGL的图形渲染管线（Graphics Pipeline，大多译为管线，实际上指的是一堆原始图形数据途经一个输送管道，期间经过各种变化处理最终出现在屏幕的过程）管理的。

  • 第一部第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。
  • 第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

• 图形渲染管线接受一组3D坐标，然后把它们转变为你屏幕上的有色2D像素输出。图形渲染管线可以被划分为几个阶段，每个阶段将会把前一个阶段的输出作为输入。当今大多数显卡都有成千上万的小处理核心，它们在GPU上为每一个（渲染管线）阶段运行各自的小程序，从而在图形渲染管线中快速处理你的数据。这些小程序叫做着色器(Shader)。OpenGL着色器是用OpenGL着色器语言(OpenGL Shading Language, GLSL)写成的。

图形渲染的阶段

1. 顶点着色器（Vertex Shader）

• 渲染管线的第一阶段。

• 输入：单个顶点（包含位置、颜色、纹理坐标等属性）。

• 主要功能：

  • 将 3D 模型空间坐标 转换为 裁剪空间坐标（后续将解释）。
  • 对顶点属性进行基本处理（如变换、光照等）。

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2. 几何着色器（Geometry Shader）（可选）

• 输入：一个完整图元（如一个三角形的 3 个顶点）。

• 功能：

  • 可对图元进行进一步处理，例如生成更多顶点或其他图元。
  • 可用于动态生成形状或实现特效。

• 示例：在一个三角形基础上生成另一个对称三角形。

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3. 图元装配（Primitive Assembly）

• 输入：来自顶点着色器或几何着色器的所有顶点。
• 功能：根据指定的图元类型（如 GL_TRIANGLES）将顶点组装为完整图元。
• 示例：将 6 个顶点组装为两个三角形。

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4. 光栅化阶段（Rasterization）

• 功能：

  • 将图元转换为片段（Fragment），即屏幕上的像素候选。
  • 每个片段对应屏幕上的一个像素区域，并包含颜色、深度、纹理坐标等信息。

• 裁剪（Clipping）：

  • 在此阶段之前进行。
  • 会丢弃超出视图范围的图元部分，以提高性能。

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5. 片段着色器（Fragment Shader）

• 输入：每个片段的属性（如颜色、纹理坐标、法线等）。

• 功能：

  • 计算每个片段的最终颜色。
  • 可进行纹理映射、光照计算、阴影效果等。

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片段（Fragment）是什么？

在 OpenGL 中，一个片段是用于生成一个最终像素所需的所有数据集合。
注意：片段 ≠ 像素。一个片段可能不会最终变成一个像素（例如被深度测试或模板测试丢弃）。

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6. Alpha 测试与混合阶段（Blending）

作用：决定是否保留某个片段，以及如何将其颜色与已有像素进行混合。

包含两个关键处理：

1. 深度测试（Depth Test）与模板测试（Stencil Test）：

   • 判断该片段是否在其他片段前面或后面。如果在后面，通常会被丢弃，以避免遮挡前面的物体。

2. Alpha 测试与混合（Alpha Blending）：

   • 根据片段颜色中的 alpha 值（透明度）决定像素的透明程度。与已有像素的颜色进行颜色混合，以实现半透明、玻璃等视觉效果。

图元

OpenGL 中的图元（Primitive）

OpenGL 仅知道你传入的是一组坐标和颜色等数据，但它不知道你希望这些数据如何组成图形。因此，你需要告诉 OpenGL：这些数据代表什么图形类型。

这些图形类型就叫做 图元（Primitive）。图元定义了 OpenGL 如何解释顶点数据，例如是绘制点、线，还是三角形。

常见图元类型：

图元名称	说明
GL_POINTS	每个顶点作为一个单独的点渲染
GL_LINE_STRIP	顶点之间依次连接形成折线
GL_TRIANGLES	每三个顶点组成一个三角形

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图元的作用：

每次你调用绘制函数（如 glDrawArrays 或 glDrawElements）时，都会指定一个图元类型。OpenGL 会按照你提供的图元类型来解释和绘制顶点数据。