使用着色器绘制现代 OpenGL 球体

如何解决使用着色器绘制现代 OpenGL 球体

我正在尝试使用基本着色器绘制一个球体。但我无法绘制完整的球体。

球体计算

    const float pi = 3.1414927f;
GLint layers = 100;
GLint circumferenceTiles = 100;
std::vector<float> va;
std::vector<int> ia;

// create the vertex attributes
va.reserve((layers + 1)* (circumferenceTiles + 1) * 5);  // 5 floats: x,y,z,u,v 
for (int il = 0; il <= layers; ++il)
{
    float layer_rel = (float)il / (float)layers;
    float layer_ang = (1.0f - 2.0f * layer_rel) * pi / 2.0f;
    float layer_sin = std::sin(layer_ang);
    float layer_cos = std::cos(layer_ang);
    for (int ic = 0; ic <= circumferenceTiles; ic++)
    {
        float circum_rel = (float)ic / (float)circumferenceTiles;
        float cricum_ang = circum_rel * 2.0f * pi - pi;
        float circum_sin = std::sin(cricum_ang);
        float circum_cos = std::cos(cricum_ang);

        va.push_back(layer_cos * circum_cos); // x
        va.push_back(layer_cos * circum_sin); // y
        va.push_back(layer_sin);              // z
        va.push_back(circum_rel);             // u
        va.push_back(1.0f - layer_rel);       // v
    }
}

// create the face indices 
ia.reserve(layers * circumferenceTiles * 6);
for (int il = 0; il < layers; ++il)
{
    for (int ic = 0; ic < circumferenceTiles; ic++)
    {
        int i0 = il * (circumferenceTiles + 1) + ic;
        int i1 = i0 + 1;
        int i3 = i0 + circumferenceTiles + 1;
        int i2 = i3 + 1;

        int faces[]{ i0,i1,i2,i0,i3 };
        ia.insert(ia.end(),faces + (il == 0 ? 3 : 0),faces + (il == layers - 1 ? 3 : 6));
    }
}

绑定

    // Vertex Array
gluint vao;
glGenVertexArrays(1,&vao);
glBindVertexArray(vao);

// Vertex Buffer
gluint vbo;
glGenBuffers(1,&vbo);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,vbo);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER,va.size() * sizeof(*va.data()),va.data(),GL_STATIC_DRAW);

// Index Buffer
gluint ibo;
glGenBuffers(1,&ibo);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,ibo);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,ia.size() * sizeof(*ia.data()),ia.data(),GL_STATIC_DRAW);

gluint v_attr_inx = 0;
glVertexAttribPointer(v_attr_inx,3,GL_FLOAT,GL_FALSE,0);
glEnabLevertexAttribArray(v_attr_inx);

glBindVertexArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,0);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,0);

绘图

        glBindVertexArray(vao);
    glDrawElements(GL_TRIANGLES,(GLsizei)ia.size(),GL_UNSIGNED_INT,0);
    glBindVertexArray(0);

片段着色器

#version 330 core

// Interpolated values from the vertex shaders
in vec3 fragmentColor;

// Ouput data
layout(location = 0) out vec4 color;
uniform vec4 u_Color;

void main(){

    // Output color = color specified in the vertex shader,// interpolated between all 3 surrounding vertices
    color = u_Color;

}

顶点着色器

#version 330 core

// Input vertex data,different for all executions of this shader.
layout(location = 0) in vec3 vertexPosition_modelspace;
layout(location = 1) in vec3 vertexColor;

// Output data ; will be interpolated for each fragment.
out vec3 fragmentColor;
// Values that stay constant for the whole mesh.
uniform mat4 MVP;

void main(){    

    // Output position of the vertex,in clip space : MVP * position
    gl_Position =  MVP * vec4(vertexPosition_modelspace,1);

    // The color of each vertex will be interpolated
    // to produce the color of each fragment
    fragmentColor = vertexColor;
}

我在这里做错了什么。是顶点的计算还是它的顺序。还是我的着色器有问题？愿意提供任何帮助。 提前致谢。

球体的种类：

解决方法

首先是一些小问题：

1. 在着色器中输出着色器值应该是最后一行代码

   所以在顶点线：

   gl_Position =  MVP * vec4(vertexPosition_modelspace,1);
   

   在片段中的行：

   color = u_Color;
   

   应该是最后一行代码（后面只跟着 main 函数的 } 终止）。这是一种安全措施，因为一些 GL 实现可能会优化它之后的任何代码！！！

2. 尽量忽略索引缓冲区，只将顶点渲染为点

   通过这种方式，您可以快速确定问题是出在顶点和纹理坐标上，还是出在索引上。

现在的主要问题：

您在单个 VBO 中交错 x,y,z 和 u,v，但我只看到单个 glVertexAttribPointer 调用。这意味着您将 2 个属性打包到单个 VBO 中，并告诉您的 OpenGL 中的一个。

此外，您传递给它的值与您的数据不匹配。当您没有设置步幅和每个顶点 3 个元素时。因此 OpenGL 不会为纹理设置任何 u,v 坐标，而是按如下方式传递顶点：

v0 = x0,y0,z0
v1 = u0,v0,x1
v2 = y1,z1,u1
v3 = v1,x2,y2
v4 = z2,u2,v2 
v5 = x3,y3,z3
... 

所以每 5 个点中只有 1 个顶点是正确的，所有其他顶点都通过混合该模式中的坐标和纹理坐标而扭曲。

您可以通过简单地注释掉两行代码来快速检查这一点：

// va.push_back(circum_rel);
// va.push_back(1.0f - layer_rel);

这会将您的数据转换为非交错数据，并且渲染正常（没有纹理）。

现在要解决您的问题（将上面的 2 行保留为未注释），我将对此进行更改：

GLuint v_attr_inx = 0;
glVertexAttribPointer(v_attr_inx,3,GL_FLOAT,GL_FALSE,0);
glEnableVertexAttribArray(v_attr_inx);

进入这个：

GLuint v_attr_inx = 0;
glVertexAttribPointer(v_attr_inx,5*sizeof(float),0);
glEnableVertexAttribArray(v_attr_inx);

GLuint t_attr_inx = 1;
glVertexAttribPointer(t_attr_inx,2,5 * sizeof(float),(GLvoid*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(t_attr_inx);

匹配你的：

layout(location = 0) in vec3 vertexPosition_modelspace;
layout(location = 1) in vec3 vertexColor;

但是我会将 layout(location = 1) in vec3 vertexColor 更改为

layout(location = 1) in vec2 texcoord;

因为您没有传递任何 3D 颜色并且 u,v 代表 2D 纹理坐标...

希望我在 glVertexAttribPointer 调用中没有犯任何错误，因为我没有使用交错，因为我的所有 GL 引擎每个属性都有单独的 VBO。

注意第一个和最后两个参数。第一个应该与您要连接的布局位置相匹配。最后两个是 stride 和 offset。 Doc 说 stride 以字节为单位，但是偏移量没有在那里声明，所以我只是假设它也是以字节为单位。所以步幅是你的 VBO 每个条目有多少字节......在你的情况下 (x,z,u,v) 是 5 个浮点数。偏移量告诉属性从哪里开始，因此顶点来自 0 并且纹理坐标跳过前 3 个浮点数 ...

此外，我会添加法线，因为一旦添加照明，这将比纹理更强调球体形状...