(Python OpenGL)【3】着色器 PyOpenGL

时间:2021-04-13 18:15:45

现在开始我们使用着色器来进行渲染。着色器是目前做3D图形最流行的方式。

OpenGL的渲染管线流程:

数据传输到OpenGL—>顶点处理器—>细分着色—>几何处理器—>图元装配—>裁剪器—>光栅器(片段处理器)

详细信息可以参考《OpenGL编程指南》 原书第8版  王锐译   中的P8 -P10

 

一些Shader的注意:

Shader着色器的使用跟C/C++程序的创建过程类似。

1、写一个shader着色器文本并使其在你的程序中有效可用

2、Shader着色器文本全为字符串类型          例如     S = “ coding部分” 代码部分为字符串

3、将字符串编译为Shader对象

4、使用GLSL编译器(编译器的语法见《OpenGL编程指南》 原书第8版  王锐译)

 

对于每一个着色器程序需要进行下面的步骤设置:

对于着色器对象:

1、创建Shader对象

2、编译

3、验证编译成功?

 

然后将上述的着色器对象链接为一个着色器程序:

1、创建程序

2、将Shader对象关联到着色器程序

3、链接程序

4、判断链接是否成功

5、使用着色器处理数据

 

关于着色器代码部分(字符串)的解释:

#version 330

这告诉编译器我们的目标是3.3版的GLSL。如果编译器不支持它,它会发出错误。

 

layout (location = 0) in vec3 Position;

该语句出现在顶点着色器中。它声明了一个顶点特定属性,它是3个浮点数的向量,在着色器中将被称为'位置'。“特定于顶点”表示对于GPU中每个对着色器的调用,将提供缓冲区中新顶点的值。

 layout (location = 0)创建缓冲区中属性名称和属性之间的绑定。

 

您可以通过将多个着色器对象链接在一起来创建着色器。但是,每个着色器阶段(VS,GS,FS)只能有一个主要函数,用作着色器的入口点。例如,您可以创建一个具有多个函数的光照库,并将其与着色器链接,前提是这些函数中没有任何一个函数名为“main”。

gl_Position = vec4(0.5 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0);

这里我们对输入的顶点位置进行硬编码转换。我们将X和Y值减半,并保持Z不变。'gl_Position'是一个特殊的内置变量,它应该包含齐次(包含X,Y,Z和W分量)顶点位置。光栅化器将查找该变量并将其用作屏幕空间中的位置(在进行了几次转换之后)。将X和Y值减半意味着我们将看到一个三角形,它是前一教程中三角形大小的四分之一。请注意,我们将W设置为1.0。这对于正确显示三角形非常重要。从3D到2D的投影实际上分两个阶段完成。首先,您需要将所有顶点乘以投影矩阵(我们将在一些教程中开发),然后GPU在位置属性到达光栅化器之前自动执行所谓的“透视分割”。这意味着它将W组件的所有组件分割成W组件。在本教程中,我们尚未在顶点着色器中进行任何投影,但透视分割阶段是我们无法禁用的。无论我们从顶点着色器输出的gl_Position值是用HW分量还是HW分量。我们需要记住,否则我们不会得到我们期望的结果。为了规避视角分割的影响,我们将W设置为1.0。由1除。

如果一切工作正常,则具有值(-0.5,-0.5),(0.5,-0.5)和(0.0,0.5)的三个顶点到达光栅器。裁剪器不需要做任何事情,因为所有的顶点都在标准化的框内。这些值被映射到屏幕空间坐标,并且光栅化器开始运行三角形内的所有点。对于每个点,执行片段着色器。以下着色器代码是从片段着色器中获取的。

out vec4 FragColor;

通常片段着色器的工作是确定片段(像素)的颜色。此外,片段着色器可以完全丢弃像素或更改其Z值(这会影响后续Z测试的结果)。通过声明上述变量来输出颜色。四个分量表示R,G,B和A(对于alpha)。您设置到该变量中的值将由光栅化器接收并写入帧缓冲区。

FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);

在之前的几个教程中,没有片段着色器,因此所有内容都以白色的默认颜色绘制。在这里,我们将FragColor设置为红色。

更多关于着色器部分的解释:http://ogldev.atspace.co.uk/www/tutorial04/tutorial04.html

 1 __author__ = "WSX"
 2 
 3 import numpy as np
 4 from OpenGL.GLUT import *
 5 from OpenGL.GL import *
 6 import ctypes
 7 #顶点着色器部分
 8 VERTEX_SHADER = """   
 9 #version 330
10 
11 layout (location = 0) in vec3 Position;
12 
13 void main()
14 {
15     gl_Position = vec4(0.5 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0);
16     }
17 """
18 #片段着色器部分,字符串类型
19 FRAGMENT_SHADER = """ 
20 #version 330
21 out vec4 FragColor;
22 void main()
23 {
24     FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
25     }
26 """
27 def Create_Shader( ShaderProgram, Shader_Type , Source):  #创建并且添加着色器(相当于AddShader)Shader_Type为类型
28     ShaderObj = glCreateShader( Shader_Type )  #创建Shader对象
29     glShaderSource(ShaderObj , Source)
30     glCompileShader(ShaderObj)  #进行编译
31     glAttachShader(ShaderProgram, ShaderObj)  #将着色器对象关联到程序上
32 
33 
34 def Compile_Shader():  #编译着色器
35     Shader_Program = glCreateProgram()  #创建空的着色器程序
36     Create_Shader(Shader_Program , GL_VERTEX_SHADER , VERTEX_SHADER)
37     Create_Shader(Shader_Program , GL_FRAGMENT_SHADER , FRAGMENT_SHADER)
38     glLinkProgram(Shader_Program)
39     glUseProgram(Shader_Program)
40 
41 def Draw():
42     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
43     glEnableVertexAttribArray(0)
44     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO)
45     glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, None) #这里的None不能写为0
46     glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3)
47     glDisableVertexAttribArray(0)  #解析数据 例如一个矩阵里含有 位置 、颜色、多种信息
48     glutSwapBuffers()
49 
50 
51 def CreateBuffer():  #创建顶点缓存器
52     global VBO   #设置为全局变量
53     vertex = np.array([[-1.0,-1.0,0.0],
54                        [1.0,-1.0,0.0],
55                        [0.0,1.0,0.0]],dtype="float32")   #创建顶点数组
56     VBO = glGenBuffers(1)  #创建缓存
57     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER , VBO)   #绑定
58     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER , vertex.nbytes , vertex , GL_STATIC_DRAW)   #输入数据
59 
60 
61 def main():
62     glutInit([])
63     glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA)  # 显示模式 双缓存
64     glutInitWindowPosition(100, 100)  # 窗口位置
65     glutInitWindowSize(500, 500)  # 窗口大小
66     glutCreateWindow("sanjiao")  # 创建窗口
67     glutInitContextVersion(4,3)   #为了兼容
68     glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE)   #为了兼容
69     glutDisplayFunc(Draw)  # 回调函数
70     glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
71     CreateBuffer()
72     Compile_Shader()
73     glutMainLoop()
74 
75 main()

结果:

(Python OpenGL)【3】着色器 PyOpenGL