opengl入门笔记

基本图元

GL_POINTS 单个顶点集
GL_LINES 多组双顶点线段
GL_POLYGON 单个简单填充凸多边形
GL_TRAINGLES 多组独立填充三角形 生成n/3个
GL_QUADS 多组独立填充四边形
GL_LINE_STRIP 不闭合折线
GL_LINE_LOOP 闭合折线
GL_TRAINGLE_STRIP 线型连续填充三角形串 生成n-2个 顶点n、n+1、n+2
GL_TRAINGLE_FAN 扇形连续填充三角形串 生成n-2个 顶点1、n、n+1
GL_QUAD_STRIP 连续填充四边形串 2n-1、2n、2n+1、2n+2

opengl着色器

unsigned int vertexShader;
vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
glCompileShader(vertexShader);
int  success;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
if(!success)
{
    glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
    std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

unsigned int fragmentShader;
fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);

unsigned int shaderProgram;
shaderProgram = glCreateProgram();
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);
glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
if(!success) {
    glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
    ...
}
glDeleteShader(vertexShader);
glDeleteShader(fragmentShader);
glUseProgram(shaderProgram);

标准化坐标

一旦你的顶点坐标已经在顶点着色器中处理过，它们就应该是标准化设备坐标了，标准化设备坐标是一个x、y和z值在-1.0到1.0的一小段空间。任何落在范围外的坐标都会被丢弃/裁剪，不会显示在你的屏幕上。

着色器内建变量

gl_Position
gl_PointSize   //glEnable(GL_PROGRAM_POINT_SIZE);
gl_VertexID
gl_FragCoord  //gl_FragCoord的x和y分量是片段的窗口空间(Window-space)坐标，其原点为窗口的左下角
gl_FrontFacing
gl_InstanceID

接口块

接口块的声明和struct的声明有点相像，不同的是，现在根据它是一个输入还是输出块(Block)，使用in或out关键字来定义的。

顶点着色器

#version 440 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;

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

几何着色器

在顶点和片段着色器之间有一个可选的几何着色器(Geometry Shader)，几何着色器的输入是一个图元（如点或三角形）的一组顶点。几何着色器可以在顶点发送到下一着色器阶段之前对它们随意变换。然而，几何着色器最有趣的地方在于，它能够将（这一组）顶点变换为完全不同的图元，并且还能生成比原来更多的顶点。

内建变量

in gl_Vertex
{
    vec4  gl_Position;
    float gl_PointSize;
    float gl_ClipDistance[];
} gl_in[];

version 440 core
layout (points) in;
layout (points, max_vertices = 1) out;

void main() {    
    gl_Position = gl_in[0].gl_Position; 
    EmitVertex();
    EndPrimitive();
}
可用于实现爆破物体和法向量可视化

片段着色器

#version 330 core
out vec4 FragColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);
} 

glfw

GLFW是一个专门针对OpenGL的C语言库，它提供了一些渲染物体所需的最低限度的接口。

GLAD

GLAD使用了一个在线服务。在这里我们能够告诉GLAD需要定义的OpenGL版本，并且根据这个版本加载所有相关的OpenGL函数。

vs程序示例

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

//窗口改变回调函数
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
//检查输入事件
void processInput(GLFWwindow *window)；
//初始化
int main()
{
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
    //glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);

    //创建窗口
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    {
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);

    //初始化glad,来加载系统相关的OpenGL函数指针地址的函数
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }
    //设置视口
    glViewport(0, 0, 800, 600);

    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    //渲染循环
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // 输入
        processInput(window);

        // 渲染指令
        //清除颜色缓冲
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        glfwSwapBuffers(window); //交换颜色缓冲
        glfwPollEvents();    //调用回调函数
    }
    //清理资源并正确退出
    glfwTerminate();
    return 0;
}
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
}
void processInput(GLFWwindow *window)
{
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

变换和坐标系统和摄像机

GLM是OpenGL Mathematics的缩写，它是一个只有头文件的库

#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>

glm::mat4 model;
model = glm::rotate(model, glm::radians(-55.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));

glm::mat4 projection;
projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), screenWidth / screenHeight, 0.1f, 100.0f);

glm::mat4 view;
view = glm::lookAt(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f), 
           glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), 
           glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
//glm::LookAt函数需要一个位置、目标和上向量。

缓冲区

缓冲区保存在GPU内存中，它们提供高速和高效的访问。缓冲区能够迅速方便地将数据从一个渲染管线移动到另一个渲染管线，以及从一个对象绑定到另一个对象。可以在无需CPU介入的情况下完成这项工作。

step1: 创建缓冲区：glGenBufffers
step2: 绑定缓冲区：glBindBuffer，绑定缓冲区可以指定缓冲区使用的目的
step3: 填充缓冲区：glBufferData
                  glBufferSubData(GLenum target, intptr offset, sizeiptrsize, const void *data);

缓冲区数据管理

glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, 24, sizeof(data), &data); // 范围： [24, 24 + sizeof(data)]

float data[] = {
  0.5f, 1.0f, -0.35f
  ...
};
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
// 获取指针
void *ptr = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
// 复制数据到内存
memcpy(ptr, data, sizeof(data));
// 记得告诉OpenGL我们不再需要这个指针了
glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);

float positions[] = { ... };
float normals[] = { ... };
float tex[] = { ... };
// 填充缓冲
glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, 0, sizeof(positions), &positions);
glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(positions), sizeof(normals), &normals);
glBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(positions) + sizeof(normals), sizeof(tex), &tex);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), 0);  
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)(sizeof(positions)));  
glVertexAttribPointer(
  2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 2 * sizeof(float), (void*)(sizeof(positions) + sizeof(normals)));

void glCopyBufferSubData(GLenum readtarget, GLenum writetarget, GLintptr readoffset,
                         GLintptr writeoffset, GLsizeiptr size);
float vertexData[] = { ... };
glBindBuffer(GL_COPY_READ_BUFFER, vbo1);
glBindBuffer(GL_COPY_WRITE_BUFFER, vbo2);
glCopyBufferSubData(GL_COPY_READ_BUFFER, GL_COPY_WRITE_BUFFER, 0, 0, sizeof(vertexData));

loat vertexData[] = { ... };
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo1);
glBindBuffer(GL_COPY_WRITE_BUFFER, vbo2);
glCopyBufferSubData(GL_ARRAY_BUFFER, GL_COPY_WRITE_BUFFER, 0, 0, sizeof(vertexData));

颜色缓冲区

     OpenGL在绘制图元时，先是在一个缓冲区中完成渲染，然后再把渲染结果交换到屏幕上。我们把这两个缓冲区称为前颜色缓冲区（屏幕）和后颜色缓冲区。在默认情况下，OpenGL命令是在后颜色缓冲区进行渲染的。当然，也可以直接在前颜色缓冲区中进行渲染。

     若要在前颜色缓冲区中进行渲染，第一种方法是直接告诉OpenGL希望在前颜色缓冲区中进行绘图，可以调用下面这个函数来实现这个目的：

     void glDrawBuffer（Glenum mode）；

     如果参数mode指定为GL_FRONT，OpenGL就会在前颜色缓冲区中进行渲染；

     如果参数mode指定为GL_BACK，那么渲染将在后颜色缓冲区中进行。



     在前颜色缓冲区进行渲染的第二种方法是在OpenGL被初始化时简单地不要求进行双缓冲区渲染。进行单缓冲区渲染时，如果希望把渲染结果实际绘制到屏幕上，需要调用glFlush（）或glFinsh（），这点非常重要。



     OpenGL实现除了支持单纯的前颜色缓冲区和后颜色缓冲区之外，还支持其他模式，如用于立体渲染的左和右缓冲区以及辅助缓冲区。

深度缓冲区和深度测试

     与颜色缓冲区不同的是，深度缓冲区中所填充的是深度值而不是颜色值。

     为了启用深度缓冲区进行深度测试，只需要调用：

     glEnable（GL_DEPTH_TEST）；

     另外，即使深度缓冲区未被启用，如果深度缓冲区被创建，OpenGL也会把所有写入到颜色缓冲区的颜色片段对应的深度值写入到深度缓冲区中。但是，如果我们希望在进行深度测试时临时禁止把值写入到深度缓冲区，我们可以使用函数：

     void glDepthMask（GLboolean mask）；

     把GL_FALSE作为参数，经禁止写入深度值，但并不禁止用已经写入到深度缓冲区的值进行深度测试。

     把GL_TRUE作为参数，可以重新启用深度缓冲区的写入。同时，这也是默认的设置。

可以直接使用GLSL内建变量gl_FragCoord从片段着色器中直接访问。gl_FragCoord的x和y分量代表了片段的屏幕空间坐标（其中(0, 0)位于左下角）

深度测试函数

glDepthFunc(GL_LESS);

模板缓冲区和模板测试

与颜色缓冲区和深度缓冲区类似，模板缓冲区可以为屏幕上的每个像素点保存一个无符号整数值。这个值的具体意义视程序的具体应用而定。在渲染的过程中，可以用这个值与一个预先设定的参考值相比较，根据比较的结果来决定是否更新相应的像素点的颜色值。这个比较的过程被称为模板测试。模板测试发生在透明度测试（alpha test）之后，深度测试（depth test）之前。如果模板测试通过，则相应的像素点更新，否则不更新。就像使用纸板和喷漆一样精确的混图一样，当启动模板测试时，通过模板测试的片段像素点会被替换到颜色缓冲区中，从而显示出来，未通过的则不会保存到颜色缓冲区中，从而达到了过滤的功能。

glEnable(GL_STENCIL_TEST);
glStencilMask(0xFF); // 允许模板写入
glStencilMask(0x00); // 禁用模板写入

模板测试函数

glStencilFunc(GLenum func, GLint ref, GLuint mask)

更新模板测试缓冲

glStencilOp(GLenum sfail, GLenum dpfail, GLenum dppass)
//sfail：模板测试失败时采取的行为。
//dpfail：模板测试通过，但深度测试失败时采取的行为。
//dppass：模板测试和深度测试都通过时采取的行为。

模板缓冲可用于创建物体轮廓

累积缓冲区

累积缓冲区允许你把渲染到颜色缓冲区的值，拷贝到累积缓冲区。在多次拷贝操作到累积缓冲区时，可以用不同方式的把颜色缓冲区内容和当前累积缓冲区的内容进行重复混合。当在累积缓冲区完成一幅图像之后，可以拷回颜色缓冲区，然后通过SwapBuffers显示到屏幕上。

累积缓冲区的操作通过void glAccum(GLenum op, GLfloat value);控制。第一个参数表示对累积缓冲区所进行的操作。第二个参数是浮点数用于指定缩放因子。
由于累积缓冲区会带来大内存的开销，所以在实时应用程序中比较少用。但在非实时的应用程序中，可以产生实时应用程序无法做到的效果。例如，你可以多次渲染场景，并在每次渲染时进行抖动零点几个像素，这样就可以产生整个场景的反走样的效果，比多重采样的效果还要好。还可以模糊前景或背景，然后清晰的渲染一个物体来模拟，照相机景深的效果。

纹理缓冲区

纹理环绕方式

纹理坐标的范围通常是从(0, 0)到(1, 1)，那如果我们把纹理坐标设置在范围之外会发生什么？OpenGL默认的行为是重复这个纹理图像（我们基本上忽略浮点纹理坐标的整数部分），但OpenGL提供了更多的选择：

纹理过滤

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

多级渐远纹理

想象一下，假设我们有一个包含着上千物体的大房间，每个物体上都有纹理。有些物体会很远，但其纹理会拥有与近处物体同样高的分辨率。由于远处的物体可能只产生很少的片段，OpenGL从高分辨率纹理中为这些片段获取正确的颜色值就很困难，因为它需要对一个跨过纹理很大部分的片段只拾取一个纹理颜色。在小物体上这会产生不真实的感觉。
手工为每个纹理图像创建一系列多级渐远纹理很麻烦，幸好OpenGL有一个glGenerateMipmaps函数。

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

生成一个纹理的过程应该看起来像这样：

stbi_set_flip_vertically_on_load(true);
unsigned int texture;
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
// 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);   
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
// 加载并生成纹理
int width, height, nrChannels;
unsigned char *data = stbi_load("container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
}
else
{
    std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
}
stbi_image_free(data);

//使用
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);

顶点缓冲区

// ..:: 初始化代码 :: ..
// 1. 绑定顶点数组对象
glBindVertexArray(VAO);
// 2. 把我们的顶点数组复制到一个顶点缓冲中，供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// 3. 复制我们的索引数组到一个索引缓冲中，供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
// 4. 设定顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

[...]

// ..:: 绘制代码（渲染循环中） :: ..
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0)
glBindVertexArray(0);

uniform缓冲区

unsigned int uniformBlockIndexRed    = glGetUniformBlockIndex(shaderRed.ID, "Matrices");
unsigned int uniformBlockIndexGreen  = glGetUniformBlockIndex(shaderGreen.ID, "Matrices");
unsigned int uniformBlockIndexBlue   = glGetUniformBlockIndex(shaderBlue.ID, "Matrices");
unsigned int uniformBlockIndexYellow = glGetUniformBlockIndex(shaderYellow.ID, "Matrices");  

glUniformBlockBinding(shaderRed.ID,    uniformBlockIndexRed, 0);
glUniformBlockBinding(shaderGreen.ID,  uniformBlockIndexGreen, 0);
glUniformBlockBinding(shaderBlue.ID,   uniformBlockIndexBlue, 0);
glUniformBlockBinding(shaderYellow.ID, uniformBlockIndexYellow, 0);

unsigned int uboMatrices
glGenBuffers(1, &uboMatrices);

glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, uboMatrices);
glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, 2 * sizeof(glm::mat4), NULL, GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, 0);

glBindBufferRange(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, uboMatrices, 0, 2 * sizeof(glm::mat4));

glm::mat4 projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)width/(float)height, 0.1f, 100.0f);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, uboMatrices);
glBufferSubData(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, sizeof(glm::mat4), glm::value_ptr(projection));
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, 0);

glm::mat4 view = camera.GetViewMatrix();           
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, uboMatrices);
glBufferSubData(GL_UNIFORM_BUFFER, sizeof(glm::mat4), sizeof(glm::mat4), glm::value_ptr(view));
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, 0);

glBindVertexArray(cubeVAO);
shaderRed.use();
glm::mat4 model;
model = glm::translate(model, glm::vec3(-0.75f, 0.75f, 0.0f));  // 移动到左上角
shaderRed.setMat4("model", model);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);        
// ... 绘制绿色立方体
// ... 绘制蓝色立方体
// ... 绘制黄色立方体 

帧缓冲区

要想绘制场景到一个纹理上，我们需要采取以下的步骤：

1. 将新的帧缓冲绑定为激活的帧缓冲，和往常一样渲染场景
2. 绑定默认的帧缓冲
3. 绘制一个横跨整个屏幕的四边形，将帧缓冲的颜色缓冲作为它的纹理。

// 第一处理阶段(Pass)
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);
glClearColor(0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 我们现在不使用模板缓冲
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
DrawScene();    

// 第二处理阶段
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0); // 返回默认
glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f); 
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

screenShader.use();  
glBindVertexArray(quadVAO);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureColorbuffer);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);  

渲染缓冲对象

unsigned int rbo;
glGenRenderbuffers(1, &rbo);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, rbo);
//创建一个深度和模板渲染缓冲对象
glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH24_STENCIL8, 800, 600);
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, rbo);

帧缓冲可用于处理流行的后期效果

线框模式

想用线框模式绘制你的三角形，你可以通过glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)函数配置OpenGL如何绘制图元。第一个参数表示我们打算将其应用到所有的三角形的正面和背面，第二个参数告诉我们用线来绘制。之后的绘制调用会一直以线框模式绘制三角形，直到我们用glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL)将其设置回默认模式。

面剔除

这正是面剔除(Face Culling)所做的。OpenGL能够检查所有面向(Front Facing)观察者的面，并渲染它们，而丢弃那些背向(Back Facing)的面，节省我们很多的片段着色器调用（它们的开销很大！）。但我们仍要告诉OpenGL哪些面是正向面(Front Face)，哪些面是背向面(Back Face)。OpenGL使用了一个很聪明的技巧，分析顶点数据的环绕顺序(Winding Order)。

glEnable(GL_CULL_FACE);
glCullFace(GL_FRONT);
glFrontFace(GL_CCW);

混合和alpha透明度

丢弃alpha值低的片段

#version 440 core
out vec4 FragColor;

in vec2 TexCoords;

uniform sampler2D texture1;

void main()
{             
    vec4 texColor = texture(texture1, TexCoords);
    if(texColor.a < 0.1)
        discard;
    FragColor = texColor;
}

混合实现半透明玻璃

glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

大体原则

1. 先绘制所有不透明的物体。
2. 对所有透明的物体排序。
3. 按顺序绘制所有透明的物体。

立方体贴图、天空盒和环境映射

简单来说，立方体贴图就是一个包含了6个2D纹理的纹理，每个2D纹理都组成了立方体的一个面：一个有纹理的立方体。你可能会奇怪，这样一个立方体有什么用途呢？为什么要把6张纹理合并到一张纹理中，而不是直接使用6个单独的纹理呢？立方体贴图有一个非常有用的特性，它可以通过一个方向向量来进行索引/采样。

vector<std::string> faces;
{
    "right.jpg",
    "left.jpg",
    "top.jpg",
    "bottom.jpg",
    "front.jpg",
    "back.jpg"
};
unsigned int cubemapTexture = loadCubemap(faces);
unsigned int loadCubemap(vector<std::string> faces)
{
    unsigned int textureID;
    glGenTextures(1, &textureID);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, textureID);

    int width, height, nrChannels;
    for (unsigned int i = 0; i < faces.size(); i++)
    {
        unsigned char *data = stbi_load(faces[i].c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);
        if (data)
        {
            glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, 
                         0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data
            );
            stbi_image_free(data);
        }
        else
        {
            std::cout << "Cubemap texture failed to load at path: " << faces[i] << std::endl;
            stbi_image_free(data);
        }
    }
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);

    return textureID;
}

片段着色器

in vec3 textureDir; // 代表3D纹理坐标的方向向量
uniform samplerCube cubemap; // 立方体贴图的纹理采样器

void main()
{             
    FragColor = texture(cubemap, textureDir);
}

环境映射-反射

#version 440 core
out vec4 FragColor;

in vec3 Normal;
in vec3 Position;

uniform vec3 cameraPos;
uniform samplerCube skybox;

void main()
{             
    vec3 I = normalize(Position - cameraPos);
    vec3 R = reflect(I, normalize(Normal));
    FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0);
}

环境映射-折射

void main()
{             
    float ratio = 1.00 / 1.52;
    vec3 I = normalize(Position - cameraPos);
    vec3 R = refract(I, normalize(Normal), ratio);
    FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0);
}

实例化

用glDrawArrays或glDrawElements函数告诉GPU去绘制你的顶点数据会消耗更多的性能，因为OpenGL在绘制顶点数据之前需要做很多准备工作（比如告诉GPU该从哪个缓冲读取数据，从哪寻找顶点属性，而且这些都是在相对缓慢的CPU到GPU总线(CPU to GPU Bus)上进行的）。所以，即便渲染顶点非常快，命令GPU去渲染却未必。
如果我们能够将数据一次性发送给GPU，然后使用一个绘制函数让OpenGL利用这些数据绘制多个物体，就会更方便了。这就是实例化(Instancing)。
如果想使用实例化渲染，我们只需要将glDrawArrays和glDrawElements的渲染调用分别改为glDrawArraysInstanced和glDrawElementsInstanced就可以了。这些渲染函数的实例化版本需要一个额外的参数，叫做实例数量(Instance Count)

实例化数组

#version 330 core
layout (location = 0) in vec2 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aOffset;

out vec3 fColor;

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos + aOffset, 0.0, 1.0);
    fColor = aColor;
}

unsigned int instanceVBO;
glGenBuffers(1, &instanceVBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, instanceVBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(glm::vec2) * 100, &translations[0], GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
glEnableVertexAttribArray(2);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, instanceVBO);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 2 * sizeof(float), (void*)0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);   
glVertexAttribDivisor(2, 1); 
//第一个参数是需要的顶点属性，第二个参数是属性除数(Attribute Divisor)。默认情况下，属性除数是0，告诉OpenGL我们需要
在顶点着色器的每次迭代时更新顶点属性。将它设置为1时，我们告诉OpenGL我们希望在渲染一个新实例的时候更新顶点属性。而设置为
2时，我们希望每2个实例更新一次属性，以此类推。我们将属性除数设置为1，是在告诉OpenGL，处于位置值2的顶点属性是一个实例化
数组。

在合适的环境下，实例化渲染能够大大增加显卡的渲染能力。正是出于这个原因，实例化渲染通常会用于渲染草、植被、粒子，以及上面这样的场景，基本上只要场景中有很多重复的形状，都能够使用实例化渲染来提高性能。

// 绘制小行星
instanceShader.use();
for(unsigned int i = 0; i < rock.meshes.size(); i++)
{
    glBindVertexArray(rock.meshes[i].VAO);
    glDrawElementsInstanced(
        GL_TRIANGLES, rock.meshes[i].indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0, amount
    );
}

抗锯齿

glfwWindowHint(GLFW_SAMPLES, 4);
glEnable(GL_MULTISAMPLE);

模型加载

一个非常流行的模型导入库是Assimp，它是Open Asset Import Library（开放的资产导入库）的缩写。Assimp能够导入很多种不同的模型文件格式（并也能够导出部分的格式），它会将所有的模型数据加载至Assimp的通用数据结构中。当Assimp加载完模型之后，我们就能够从Assimp的数据结构中提取我们所需的所有数据了。由于Assimp的数据结构保持不变，不论导入的是什么种类的文件格式，它都能够将我们从这些不同的文件格式中抽象出来，用同一种方式访问我们需要的数据。

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