3D Computer Grapihcs Using OpenGL

在上一节的案例中，我们使用了四个Buffer Object，立方体的VertexBuffer，立方体的索引Buffer，四面体的VertexBuffer，四面体的索引Buffer。

我们这节尝试把两个图形的Vertex Buffer结合，两个图形的索引Buffer结合，形成两个Buffer,让程序更加简化。

先看最终代码： MyGlWindow.cpp:

#include <glglew.h>
#include "MyGlWindow.h"
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <glmgtcmatrix_transform.hpp>
#include <glmgtx	ransform.hpp>
#include <ShapeGenerator.h>
#include <Qt3DInputqmouseevent.h>
#include <Qt3DInputqkeyevent.h>


GLuint programID;


GLuint VertexBufferID;
GLuint IndexBufferID;

GLuint cubeVertexArrayObjectID;
//立方体的索引数组长度
GLuint cubeNumIndices;

GLuint tetraVertexArrayObjectID;
//四面体的索引数组长度
GLuint tetraNumIndices;

GLuint tetraIndexByteOffset;

GLuint fullTransformUniformLocation;


void MyGlWindow::sendDataToOpenGL()
{
    //创建Cube
    ShapeData cube = ShapeGenerator::makeCube();
    //创建四面体
    ShapeData tetra = ShapeGenerator::makeTetrahedron();

    //创建和设置VertexBuffer
    glGenBuffers(1, &VertexBufferID);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VertexBufferID);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, cube.vertexBufferSize() + tetra.vertexBufferSize(),0, GL_STATIC_DRAW);
    glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, 0, cube.vertexBufferSize(), cube.vertices);
    glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, cube.vertexBufferSize(), tetra.vertexBufferSize(), tetra.vertices);

    //创建和设置IndexBuffer
    glGenBuffers(1, &IndexBufferID);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, IndexBufferID);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, cube.indexBufferSize() + tetra.indexBufferSize() , 0, GL_STATIC_DRAW);
    glBufferSubData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0, cube.indexBufferSize(), cube.indices);
    glBufferSubData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, cube.indexBufferSize(), tetra.indexBufferSize(), tetra.indices);


    cubeNumIndices = cube.numIndices;
    tetraNumIndices = tetra.numIndices;



    //设置绘制Cube的VAO
    //生成VAO
    glGenVertexArrays(1, &cubeVertexArrayObjectID);
    //绑定VAO，后续的一系列状态和设置都会存储在这个VAO里。
    glBindVertexArray(cubeVertexArrayObjectID);
    //开启通道1（位置）
    glEnableVertexAttribArray(0);
    //开启通道2（颜色）
    glEnableVertexAttribArray(1);
    //绑定顶点数据ID到绑定点
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VertexBufferID);
    //设置通道1如何获取数据
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 6, 0);
    //设置通道2如何获取数据
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 6, (void*)(sizeof(float) * 3));    
    //绑定索引数据ID到绑定点
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, IndexBufferID);


    //设置绘制四面体的VAO
    glGenVertexArrays(1, &tetraVertexArrayObjectID);
    glBindVertexArray(tetraVertexArrayObjectID);
    //开启通道1（位置）
    glEnableVertexAttribArray(0);
    //开启通道2（颜色）
    glEnableVertexAttribArray(1);
    //绑定顶点数据ID到绑定点
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VertexBufferID);
    //设置通道1如何获取数据
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 6, (void*)(cube.vertexBufferSize()));
    //设置通道2如何获取数据
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 6, (void*)(cube.vertexBufferSize() +sizeof(float) * 3));
    //绑定索引数据ID到绑定点
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, IndexBufferID);

    tetraIndexByteOffset = cube.indexBufferSize();

    cube.cleanUp();
    tetra.cleanUp();
}

void MyGlWindow::installShaders()
{
    //...
}

void MyGlWindow::initializeGL()
{
    glewInit();
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    sendDataToOpenGL();
    installShaders();
}

void MyGlWindow::paintGL()
{
    glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glViewport(0, 0, width(), height());

    //绑定cube的VAO，下面绘制的都是立方体--------------------------------------
    glBindVertexArray(cubeVertexArrayObjectID);

    glm::mat4 fullTransformMatrix;
    glm::mat4 viewToProjectionMatrix = glm::perspective(30.0f, ((float)width()) / height(), 0.1f, 10.0f);
    glm::mat4 worldToViewMatrix = camera.getWorldToViewMatrix();
    glm::mat4 worldToProjectionMatrix = viewToProjectionMatrix * worldToViewMatrix;

    //绘制Cube1
    glm::mat4 cube1ModelToWorldMatrix =
        glm::translate(glm::vec3(-1.0f, 0.0f, -3.0f))*
        glm::rotate(36.0f, glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));

    fullTransformMatrix = worldToProjectionMatrix * cube1ModelToWorldMatrix;
    glUniformMatrix4fv(fullTransformUniformLocation, 1, GL_FALSE, &fullTransformMatrix[0][0]);
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, cubeNumIndices, GL_UNSIGNED_SHORT, 0);

    //绘制Cube2
    glm::mat4 cube2ModelToWorldMatrix = 
        glm::translate(glm::vec3(1.0f, 0.0f, -3.75f))*
        glm::rotate(36.0f, glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
    fullTransformMatrix = worldToProjectionMatrix * cube2ModelToWorldMatrix;
    glUniformMatrix4fv(fullTransformUniformLocation, 1, GL_FALSE, &fullTransformMatrix[0][0]);
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, cubeNumIndices, GL_UNSIGNED_SHORT, 0);

    //绑定Tetra的VAO，下面绘制的都是四面体--------------------------------------
    glBindVertexArray(tetraVertexArrayObjectID);

    //绘制Tetra1
    glm::mat4 tetra1ModelToWorldMatrix =
        glm::translate(glm::vec3(1.0f, -2.0f, -3.75f))*
        glm::rotate(36.0f, glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
    fullTransformMatrix = worldToProjectionMatrix * tetra1ModelToWorldMatrix;
    glUniformMatrix4fv(fullTransformUniformLocation, 1, GL_FALSE, &fullTransformMatrix[0][0]);
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, tetraNumIndices, GL_UNSIGNED_SHORT, (void*)tetraIndexByteOffset);

    glm::mat4 tetra2ModelToWorldMatrix =
        glm::translate(glm::vec3(-3.0f, -2.0f, -3.75f))*
        glm::rotate(36.0f, glm::vec3(1.0f, 1.0f, 0.0f));
    fullTransformMatrix = worldToProjectionMatrix * tetra2ModelToWorldMatrix;
    glUniformMatrix4fv(fullTransformUniformLocation, 1, GL_FALSE, &fullTransformMatrix[0][0]);
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, tetraNumIndices, GL_UNSIGNED_SHORT, (void*)tetraIndexByteOffset);
}


std::string MyGlWindow::ReadShaderCode(const char* fileName)
{
    //...
}

void MyGlWindow::mouseMoveEvent(QMouseEvent * e)
{
    //...
}

void MyGlWindow::keyPressEvent(QKeyEvent * e)
{
    //...
}

注意：为了方便起见，我们把原先setupVertexArray函数的内容全部移动到sendDataToOpenGL函数中了。

下面详解改动的过程：

• 首先合并了两个顶点数组和两个索引数组, cubeVertexBufferID + tetraVertexBufferID -> VertexBufferID， cubeIndexBufferID + tetraIndexBufferID -> IndexBufferID。
• 在sendDataToOpenGL()函数的一开始，我们先定义好两个图形。
• 合并了顶点数组和索引数组以后，在初始化时候就要初始化足够的长度，在41行我们指定VertexBuffer的长度为： cube.vertexBufferSize() + tetra.vertexBufferSize()，正好容纳两个顶点数组，而数组内容暂时为空（第三个参数为0）。
• 然后使用两个glBufferSubData函数分块给顶点数组填充内容，42,43行分别给VertexBuffer的第一部分和第二部分填充了数据，注意第二个和第三个参数，分别指定了开始的偏移值和数组的长度。这也是为什么42行的第二个参数为0，而43行的第二个参数为cube.vertexBuffer()的原因。
• 顶点数组设定好以后，下面就设定索引数组(46-50)，其设定方法和顶点数组类似，就不赘述了。
• 我们把sendDataToOpenGL函数和setupVertexArray函数合并，并且把cube.cleanUp()和tetra.cleanUp()放在了最后，原因是后面还需要使用到cube对象的相关属性
• 58-91行中只改动了87和89行的最后一个参数。这里的改动主要是针对VertexBuffer的，因为VertexBuffer发生了变化，所以四面体的位置和颜色信息在数组中都要往后整体偏移cube.vertexBufferSize()个位置。
• 93行我们定义了一个tetraIndexByteOffset成员，用来记录立方体的索引Buffer的长度（绘制的时候要用）
• 在绘制函数中，内容同样基本没变，只是改变了151行和158行的最后一个参数，这里是针对IndexBuffer的，因为glDrawElements()函数的最后一个参数是说明索引Buffer数组的偏移值的（顶点Buffer在前面已经用glVertexAttribPointer函数设置过了），因此，在绘制四面体时候需要向后偏移上一步我们记录的tetraIndexByteOffset个单位。绘制立方体则不需要偏移，因为它们仍处在数组的开头。

修改完成后，运行，结果和上节一样，但是逻辑上我们已经把四个数组简化成2个数组了。

PS：我们在这里需要对之前的代码加个“补丁”，我们之前创建的Buffers都没有删除，这会造成内存泄露，所以我们给MyGlWindow类加一个析构函数.

MyGlWindow::~MyGlWindow()
{
    glDeleteBuffers(1, &VertexBufferID);
    glDeleteBuffers(1, &IndexBufferID);
    glUseProgram(0);
    glDeleteProgram(programID);
}

把之前的VertexBuffer，IndexBuffer都删除掉。另外也要删除掉Program，但是主要在删除Program 之前需要glUseProgram(0)。