openGL系列文章目录

文章目录

• ​​openGL系列文章目录​​
• ​​前言​​
• ​​一、贝塞尔曲面细分原理​​

• ​​二、代码​​

• ​​1.主程序c++​​

• ​​效果​​

前言

现在让我们扩展我们的程序，使它将我们简单的矩形网格转换为贝塞尔曲面。细分网格
应该为我们提供了足够的顶点来对曲面进行采样（如果我们想要更多的话，我们可以增加
内部/外部细分级别）。我们现在需要的是通过管线发送控制点，然后使用这些控制点执行计
算以将细分网格转换为我们所需的贝塞尔曲面。
假设我们希望建立一个立方体贝塞尔曲面，我们将需要16 个控制点。我们可以通过VBO
从C++端发送它们，或者我们可以在顶点着色器中硬编码写死它们。图12.4 概述了来自C++端的控制点的过程。

一、贝塞尔曲面细分原理

现在是更准确地解释曲面细分控制着色器（TCS）如何工作的好时机。与顶点着色器类
似，TCS 对每个传入顶点执行一次。另外，回想一下第2 章，OpenGL 提供了一个名为
gl_VertexID 的内置变量，它保存一个计数器，指示顶点着色器当前正在执行哪次调用。曲
面细分控制着色器中存在一个类似的内置变量gl_InvocationID。
曲面细分的一个强大功能是TCS（以及TES）着色器可以同时访问数组中的所有控制
点顶点。首先，当每个调用都可以访问所有顶点时，TCS 对每个顶点执行一次可能会让人
感到困惑。在每个TCS 调用中，冗余地在赋值语句中指定曲面细分级别也是违反直觉的。
尽管所有这些看起来都很奇怪，但这样做是因为曲面细分的架构设计使得TCS 调用可以
并行运行。
OpenGL 提供了几个用于TCS 和TES 着色器的内置变量。我们已经提到过的是
gl_InvocationID，当然还有gl_TessLevelInner 和gl_TessLevelOuter。以下是一些最有用的内
置变量的更多细节和描述。
曲面细分控制着色器（TCS）内置变量。
􀀠 gl_in[ ]——包含每个传入的控制点顶点的数组——每个传入顶点是一个数组元素。
可以使用”.”表示法将特定顶点属性作为字段进行访问。一个内置属性是gl_
Position——因此，输入顶点”i”的位置可以通过gl_in[i].gl_Position 访问。
􀀠 gl_out[ ]——用于将输出控制点的顶点发送到TES 的一个数组——每个输出顶点是
一个数组元素。可以使用”.”表示法将特定顶点属性作为字段进行访问。一个内
置属性是gl_Position——因此，输出顶点”i”的位置可以通过gl_out[i].gl_Position
访问。􀀠 gl_InvocationID——整型ID 计数器，指示TCS 当前正在执行哪个调用。一个常见
的用途是用于传递顶点属性；例如，将当前调用的顶点位置从TCS 传递到TES 可
以用如下方式完成：gl_out[gl_InvocationID].gl_Position = gl_in[gl_InvocationID].gl_
Position。
曲面细分评估着色器（TES）内置变量。
􀀠 gl_in[ ]——包含每个传入的控制点顶点的数组——每个传入顶点是一个数组元素。
可以使用”.”表示法将特定顶点属性作为字段进行访问。一个内置属性是gl_
Position——因此，输入顶点”i”的位置可以通过gl_in[i].gl_Position 访问。
􀀠 gl_Position——曲面细分网格顶点的输出位置，可能在TES 中被修改。重要的是要
注意gl_Position 和gl_in[xxx].gl_Position 是不同的——gl_Position 是起源于曲面细
分器的输出顶点的位置，而gl_in[xxx].gl_Position 是一个从TCS 进入TES 的控制点
顶点位置。
值得注意的是，TCS 中的输入和输出控制点顶点属性是数组。不同的是，TES 中的输入
控制点顶点和顶点属性是数组，但输出顶点是标量。此外，很容易混淆哪些顶点来自于控
制点，哪些顶点是细分建立的，然后移动以形成结果曲面。总而言之，TCS 的所有顶点输
入和输出都是控制点，而在TES 中，gl_in[ ]保存输入控制点，gl_TessCoord 保存输入的细
分网格点，gl_Position 保存用于渲染的输出表面顶点。
我们的曲面细分控制着色器现在有两个任务：指定曲面细分级别并将控制点从顶点着色
器传递到评估着色器。然后，评估着色器可以根据贝塞尔控制点修改网格点（gl_TessCoords）
的位置。
程序12.2 显示了所有4 个着色器——顶点、TCS、TES 和片段——用于指定控制点补丁，
生成平坦的曲面细分顶点网格，在控制点指定的曲面上重新定位这些顶点，并使用纹理图
像绘制生成的曲面。它还显示了C++/OpenGL 应用程序的相关部分，特别是在display()函数
中。在此示例中，控制点源自顶点着色器（它们在那里硬编码写死），而不是从C++/OpenGL
应用程序进入OpenGL 管线。代码后面会讲述其他详细信息。

二、代码

1.主程序c++

using namespace std;float toRadians(float degrees) { return (degrees * 2.0f * 3.14159f) / 360.0f; }float cameraX, cameraY, cameraZ;float terLocX, terLocY, terLocZ;GLuint renderingProgram;GLuint vao[numVAOs];GLuint mvpLoc;int width, height;float aspect;glm::mat4 pMat, vMat, mMat, mvpMat;float tessInner = 30.0f;float tessOuter = 20.0f;GLuint floorTexture;void init(GLFWwindow* window) {  renderingProgram = Utils::createShaderProgram("vertShader.glsl", "tessCShader.glsl", "tessEShader.glsl", "fragShader.glsl");  cameraX = 0.0f; cameraY = 0.0f; cameraZ = 4.0f;  terLocX = 0.0f; terLocY = 0.0f; terLocZ = 0.0f;  glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);  aspect = (float)width / (float)height;  pMat = glm::perspective(1.0472f, aspect, 0.1f, 1000.0f);  floorTexture = Utils::loadTexture("floor_color.jpg");    glGenVertexArrays(numVAOs, vao);  glBindVertexArray(vao[0]);}void display(GLFWwindow* window, double currentTime) {  glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);  glUseProgram(renderingProgram);  vMat = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(-cameraX, -cameraY, -cameraZ));  mMat = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(terLocX, terLocY, terLocZ));  mMat = glm::rotate(mMat, toRadians(30.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));  mMat = glm::rotate(mMat, toRadians(100.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));  mvpMat = pMat * vMat * mMat;  mvpLoc = glGetUniformLocation(renderingProgram, "mvp_matrix");  glUniformMatrix4fv(mvpLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(mvpMat));  glActiveTexture(GL_TEXTURE0);  glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, floorTexture);  glFrontFace(GL_CCW);  glPatchParameteri(GL_PATCH_VERTICES, 16);  glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);  glDrawArrays(GL_PATCHES, 0, 16);}void window_size_callback(GLFWwindow* win, int newWidth, int newHeight) {  aspect = (float)newWidth / (float)newHeight;  glViewport(0, 0, newWidth, newHeight);  pMat = glm::perspective(1.0472f, aspect, 0.1f, 1000.0f);}int main(void) {  if (!glfwInit()) { exit(EXIT_FAILURE); }  glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);  glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);  GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 800, "Chapter12 - program2", NULL, NULL);  glfwMakeContextCurrent(window);  if (glewInit() != GLEW_OK) { exit(EXIT_FAILURE); }  glfwSwapInterval(1);  glfwSetWindowSizeCallback(window, window_size_callback);  init(window);  while (!glfwWindowShouldClose(window)) {    display(window, glfwGetTime());    glfwSwapBuffers(window);    glfwPollEvents();  }  glfwDestroyWindow(window);  glfwTerminate();  exit(EXIT_SUCCESS);}

## 2.着色器代码1.顶点着色器`cpp#version 430out vec2 tc;uniform mat4 mvp_matrix;layout (binding = 0) uniform sampler2D tex_color;void main(void){ const vec4 vertices[] =    vec4[] (vec4(-1.0, 0.5, -1.0, 1.0),        vec4(-0.5, 0.5, -1.0, 1.0),        vec4( 0.5, 0.5, -1.0, 1.0),        vec4( 1.0, 0.5, -1.0, 1.0),                vec4(-1.0, 0.0, -0.5, 1.0),        vec4(-0.5, 0.0, -0.5, 1.0),        vec4( 0.5, 0.0, -0.5, 1.0),        vec4( 1.0, 0.0, -0.5, 1.0),                vec4(-1.0, 0.0,  0.5, 1.0),        vec4(-0.5, 0.0,  0.5, 1.0),        vec4( 0.5, 0.0,  0.5, 1.0),        vec4( 1.0, 0.0,  0.5, 1.0),                vec4(-1.0,-0.5,  1.0, 1.0),        vec4(-0.5, 0.3,  1.0, 1.0),        vec4( 0.5, 0.3,  1.0, 1.0),        vec4( 1.0, 0.3,  1.0, 1.0));          tc = vec2((vertices[gl_VertexID].x + 1.0)/2.0, (vertices[gl_VertexID].z + 1.0)/2.0);  gl_Position = vertices[gl_VertexID];}

2.片元着色器

version 430

in vec2 tes_out;
out vec4 color;
uniform mat4 mvp_matrix;

layout (binding=0) uniform sampler2D tex_color;

void main(void)
{
color = texture(tex_color, tes_out);
}

3.曲面细分着色器

in vec2 tc[];out vec2 tcs_out[];uniform mat4 mvp_matrix;layout (binding=0) uniform sampler2D tex_color;layout (vertices = 16) out;void main(void){ int TL = 32;    if (gl_InvocationID ==0)  { gl_TessLevelOuter[0] = TL;    gl_TessLevelOuter[2] = TL;    gl_TessLevelOuter[1] = TL;    gl_TessLevelOuter[3] = TL;    gl_TessLevelInner[0] = TL;    gl_TessLevelInner[1] = TL;  }  tcs_out[gl_InvocationID] = tc[gl_InvocationID];  gl_out[gl_InvocationID].gl_Position = gl_in[gl_InvocationID].gl_Position;}

layout (quads, equal_spacing,ccw) in;uniform mat4 mvp_matrix;layout (binding = 0) uniform sampler2D tex_color;in vec2 tcs_out[];out vec2 tes_out;void main (void){ vec3 p00 = (gl_in[0].gl_Position).xyz;  vec3 p10 = (gl_in[1].gl_Position).xyz;  vec3 p20 = (gl_in[2].gl_Position).xyz;  vec3 p30 = (gl_in[3].gl_Position).xyz;  vec3 p01 = (gl_in[4].gl_Position).xyz;  vec3 p11 = (gl_in[5].gl_Position).xyz;  vec3 p21 = (gl_in[6].gl_Position).xyz;  vec3 p31 = (gl_in[7].gl_Position).xyz;  vec3 p02 = (gl_in[8].gl_Position).xyz;  vec3 p12 = (gl_in[9].gl_Position).xyz;  vec3 p22 = (gl_in[10].gl_Position).xyz;  vec3 p32 = (gl_in[11].gl_Position).xyz;  vec3 p03 = (gl_in[12].gl_Position).xyz;  vec3 p13 = (gl_in[13].gl_Position).xyz;  vec3 p23 = (gl_in[14].gl_Position).xyz;  vec3 p33 = (gl_in[15].gl_Position).xyz;  float u = gl_TessCoord.x;  float v = gl_TessCoord.y;      float bu0 = (1.0-u)  * (1.0-u)  * (1.0-u);    float bu1 = 3.0 * u * (1.0-u) * (1.0-u);    float bu2 = 3. * u * u * (1.0-u);       float bu3 = u * u * u;              float bv0 = (1.0-v)  * (1.0-v)  * (1.0-v);    float bv1 = 3.0 * v * (1.0-v) * (1.0-v);    float bv2 = 3. * v * v * (1.0-v);       float bv3 = v * v * v;                  vec3 outputPosition =      bu0 * ( bv0*p00 + bv1*p01 + bv2*p02 + bv3*p03 )    + bu1 * ( bv0*p10 + bv1*p11 + bv2*p12 + bv3*p13 )    + bu2 * ( bv0*p20 + bv1*p21 + bv2*p22 + bv3*p23 )    + bu3 * ( bv0*p30 + bv1*p31 + bv2*p32 + bv3*p33 );  gl_Position = mvp_matrix * vec4(outputPosition,1.0f);         vec2 tc1 = mix(tcs_out[0], tcs_out[3], gl_TessCoord.x);  vec2 tc2 = mix(tcs_out[12], tcs_out[15], gl_TessCoord.x);  vec2 tc = mix(tc2, tc1, gl_TessCoord.y);  tes_out = tc;}

效果

Original: https://blog.51cto.com/u_15707179/5442605
Author: 妙为
Title: openGL贝塞尔曲面细分