顶点着色器详解(vertexshaders)

顶点着色器是图形渲染管线中的一个重要组成部分，用于处理输入的顶点数据并将其转换为屏幕空间中的坐标。以下是顶点着色器的完整攻略，包含两个示例说明。

什么是顶点着色器？

顶点着色器是图形渲染管线中的一个阶段，用于处理输入的顶点数据并将其转换为屏幕空间中的坐标。它是在GPU上执行的程序，可以通过编写着色器代码来控制顶点的位置、颜色、法线等属性。

如何编写顶点着色器？

以下是编写顶点着色器的步骤：

1. 创建一个新的着色器程序对象。

c++
GLuint shaderProgram = glCreateProgram();

1. 创建一个新的顶点着色器对象。

c++
GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

1. 编写顶点着色器代码。

```c++
#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 position;

void main()
{
gl_Position = vec4(position.x, position.y, position.z, 1.0);
}
```

以上代码将输入的顶点位置向量转换为齐次坐标，并将其赋值给内置变量gl_Position。

1. 将顶点着色器代码附加到着色器对象上。

c++
const char* vertexShaderSource = "..."; // 顶点着色器代码
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);

1. 编译顶点着色器。

c++
glCompileShader(vertexShader);

1. 将顶点着色器对象附加到着色器程序对象上。

c++
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);

1. 链接着色器程序对象。

c++
glLinkProgram(shaderProgram);

1. 使用着色器程序对象。

c++
glUseProgram(shaderProgram);

示例1：使用顶点着色器绘制三角形

以下是使用顶点着色器绘制三角形的步骤：

1. 创建一个新的着色器程序对象。

c++
GLuint shaderProgram = glCreateProgram();

1. 创建一个新的顶点着色器对象。

c++
GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

1. 编写顶点着色器代码。

```c++
#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 position;

void main()
{
gl_Position = vec4(position.x, position.y, position.z, 1.0);
}
```

1. 将顶点着色器代码附加到着色器对象上。

c++
const char* vertexShaderSource = "..."; // 顶点着色器代码
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);

1. 编译顶点着色器。

c++
glCompileShader(vertexShader);

1. 将顶点着色器对象附加到着色器程序对象上。

c++
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);

1. 链接着色器程序对象。

c++
glLinkProgram(shaderProgram);

1. 使用着色器程序对象。

c++
glUseProgram(shaderProgram);

1. 定义三角形的顶点数据。

c++
GLfloat vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.0f, 0.5f, 0.0f
};

1. 创建一个新的顶点缓冲对象。

   c++
GLuint VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);

2. 将顶点数据复制到顶点缓冲对象中。

   c++
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

3. 定义顶点属性指针。

   c++
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

4. 绘制三角形。

   c++
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

示例2：使用顶点着色器绘制立方体

以下是使用顶点着色器绘制立方体的步骤：

1. 创建一个新的着色器程序对象。

c++
GLuint shaderProgram = glCreateProgram();

1. 创建一个新的顶点着色器对象。

c++
GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

1. 编写顶点着色器代码。

```c++
#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 position;

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
gl_Position = projection * view * model * vec4(position, 1.0);
}
```

以上代码将输入的顶点位置向量转换为齐次坐标，并将其乘以模型、视图和投影矩阵，最终将结果赋值给内置变量gl_Position。

1. 将顶点着色器代码附加到着色器对象上。

c++
const char* vertexShaderSource = "..."; // 顶点着色器代码
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);

1. 编译顶点着色器。

c++
glCompileShader(vertexShader);

1. 将顶点着色器对象附加到着色器程序对象上。

c++
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);

1. 链接着色器程序对象。

c++
glLinkProgram(shaderProgram);

1. 使用着色器程序对象。

c++
glUseProgram(shaderProgram);

1. 定义立方体的顶点数据。

c++
GLfloat vertices[] = {
// 前面
-0.5f, -0.5f, 0.5f,
0.5f, -0.5f, 0.5f,
0.5f, 0.5f, 0.5f,
0.5f, 0.5f, 0.5f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f,
// 后面
-0.5f, -0.5f, -0.5f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, -0.5f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f,
// 左面
-0.5f, 0.5f, 0.5f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f,
// 右面
0.5f, 0.5f, 0.5f,
0.5f, -0.5f, 0.5f,
0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, 0.5f,
// 上面
-0.5f, 0.5f, 0.5f,
0.5f, 0.5f, 0.5f,
0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, -0.5f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f,
// 下面
-0.5f, -0.5f, 0.5f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, 0.5f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f
};

1. 创建一个新的顶点缓冲对象。

   c++
GLuint VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);

2. 将顶点数据复制到顶点缓冲对象中。

   c++
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

3. 定义顶点属性指针。

   c++
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

4. 定义模型、视图和投影矩阵。

   ```c++
   glm::mat4 model;
   glm::mat4 view;
   glm::mat4 projection;

   model = glm::rotate(model, glm::radians(45.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
   view = glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));
   projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (GLfloat)width / (GLfloat)height, 0.1f, 100.0f);
   ```

5. 将模型、视图和投影矩阵传递给顶点着色器。

   ```c++
   GLuint modelLoc = glGetUniformLocation(shaderProgram, "model");
   GLuint viewLoc = glGetUniformLocation(shaderProgram, "view");
   GLuint projectionLoc = glGetUniformLocation(shaderProgram, "projection");

   glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
   glUniformMatrix4fv(viewLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
   glUniformMatrix4fv(projectionLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));
   ```

6. 绘制立方体。

   c++
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);

这些步骤可以帮助您了解如何使用顶点着色器的完整攻略，并提供了两个示例说明。在实际使用中，您可以根据需要选择不同的顶点属性和矩阵变换，以满足您的需求。