openGL學習之路
shader學習貌似進入了一個瓶頸，可以看懂，但是真正上手的時候大腦卻一片混亂，所以就想著從更加基本的地方進入(好吧，還是數學問題)，看看能不能增加一些奇怪的經驗值。。。
以下使用windows + vs2017 + glfw + glew + glm
https://www.bilibili.com/video/av24353839/?p=23
https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/08%20Coordinate%20Systems/#_2
=========================================Draw===========================================
openGL裡面的draw一般指的是glDrawArray之類的渲染指令，可是，他是怎麼繫結上去的，我每幀都需要傳送資料嗎？
！！！！！！以下我不確定是否為事實，只是自己的一些看法
先看一段程式塊
---------vertex.shader---------- #version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos; layout (location = 1) in vec3 aColor; layout (location = 2) in vec2 aTexCoord; out vec4 ourColor; out vec2 TexCoord; uniform mat4 modleSpace; uniform mat4 viewSpace; uniform mat4 perjSpace; void main() { // gl_Position是openGL頂點著色器自帶的必須返回的頂點資料 // 而這段是計算“我”這個物體應該出現在視窗的位置和角度 gl_Position = perjSpace * viewSpace * modleSpace * vec4(aPos, 1.0); ourColor = vec4(1.0,0,0,1.0); TexCoord = aTexCoord; } ---------main.cpp-------- ...... unsigned int VAO; glGenVertexArrays(1, &VAO); glBindVertexArray(VAO); unsigned int VBO; glGenBuffers(1, &VBO); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO); // 首先繫結 // vertices 頂點，https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/08%20Coordinate%20Systems/#3d_1 太長了，就不復制了 glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), &vertices, GL_STATIC_DRAW); // 將資料複製到快取 unsigned int EBO; // element buffer object glGenBuffers(1, &EBO); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO); glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW); // 建立特徵碼，並填充資料到相應特徵碼中 glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)0); glEnableVertexAttribArray(0); glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float))); glEnableVertexAttribArray(2); unsigned int COL; glGenBuffers(1, &COL); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, COL); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(color), &color, GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0); glEnableVertexAttribArray(1); .......... while (!glfwWindowShouldClose(window)) { //matrix = glm::rotate(matrix, glm::radians(1.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0)); glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glm::mat4 modleSpace; glm::mat4 viewSpace; glm::mat4 perjSpace; modleSpace = glm::translate(modleSpace, glm::vec3(0, 1, 0)); modleSpace = glm::rotate(modleSpace, glm::radians(10.0f) + (float)glfwGetTime(), glm::vec3(1.0, 0, 0)); //viewSpace = glm::translate(viewSpace, glm::vec3(-_right, 0, _forward)); viewSpace = glm::translate(viewSpace, glm::vec3(0, 0, -3)); // 透視投影矩陣，也就是camera裡面的fov，near之類的 perjSpace = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)800 / (float)600, 0.1f, 10.0f); perjSpace = glm::translate(perjSpace, glm::vec3(-_right, 0, _forward)); glActiveTexture(GL_TEXTURE0); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1); glActiveTexture(GL_TEXTURE1); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2); // 傳遞給shader引數，矩陣 glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shader.Shader_Program_ID, "modleSpace"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(modleSpace)); glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shader.Shader_Program_ID, "viewSpace"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(viewSpace)); glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shader.Shader_Program_ID, "perjSpace"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(perjSpace)); shader.Use(); glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36); glfwSwapBuffers(window); glfwPollEvents(); } ......
// 模型矩陣，用以計算物體在世界空間中的位置 // 物體出現在 worldUP * 1 的座標電商 modleSpace = glm::translate(modleSpace, glm::vec3(0, 1, 0)); // 觀察矩陣，也就是Camera會出現在那個位置，這裡Camera會出現在 -3 * worldForward 的座標上 viewSpace = glm::translate(viewSpace, glm::vec3(0, 0, -3)); // 透視投影矩陣，可以理解為是一個相機的大部分引數 // 第一個 -> 這個相機的角度有多大 對應unity fov // 第二個 -> 這個相機最大視角的高寬比 // 第三個 -> 這個相機的開口距離相機本體的距離 對應unity near // 第四個 -> 這個相機可以看到多遠的位置 對應unity far perjSpace = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)800 / (float)600, 0.1f, 10.0f);
可以看到，頂點的複製和讀入只有一次，也就是glBufferData()，之後的操作我都沒有再次操作頂點資料，而是通過變換矩陣進行的視角移動，這樣的話，我的draw有幾個？
眾所周知，GPU的計算圖元是遠遠大於他的記憶體單元的，這也就導致了GPU的計算速度很快，但是儲存之類的卻是異想天開，但是我們一個場景裡面可是會有很多物體的啊，這些物體的的資料應該怎麼去處理，
（PS：如果你能看到這個PS，就說明這段話我不確定）猜想一下，glBufferData其實並不是將資料存入了GPU，而是儲存了一個相應資料的地址，&並把他壓入對應的資料管道緩衝中（VBO，vertex buffer object），當我呼叫Draw等繪圖指令的時候，他會依照對應管道的相應索引來將其一一放入一個列表中，GPU此時會按照相應管道中的順序依次繪製，完成一幀，那麼也就是說，當我們呼叫glBufferData的時候，CPU就會把一些資料暫存到與GPU通訊的管道中，而當CPU傳送一次Draw指令的時候，GPU會從這些管道中將資料的副本儲存下來，然後處理，丟棄，在處理下一個，直到索引到達終點。
用unity裡面的說法來說就是，當一幀開始的時候，GPU會先從CPU那裡拿走相應資料的索引，然後按照索引逐步的進行繪製，直到索引超出，完成一幀的繪製，也就是說其實Draw只是傳送一個指令，CPU告訴GPU，這一幀開始了，你處理一下我放在XX地方的資料，此時，GPU開始處理自己的工作，把CPU存入的資料依次拿出來，根據資料的相應指示繪製到螢幕上（也就是上面程式碼裡面的layout，告訴GPU，那些資料應該放在哪裡），那麼shader呢，我們好像沒有看到shader什麼事啊，其實shader就是GPU的接收函式，比如上面的shader，他會接收頂點，顏色，uv座標等，傳入之後GPU再次處理下一個，shader進行自己的工作，以上，一幀完成。
==========================================變換=============================================
變換的相應知識，可以在 https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/07%20Transformations/
我們在寫shader(unity)的時候，經常會看到mul，他會接受一個matrix4*4，vec4 的引數(當然，也可以matrix3*3,vec3，因為要滿足行列乘法嘛~)，那麼這個到底有什麼作用，
在這裡，就要說一下座標系的問題了，世界座標，以標準的0.0作為世界中心，所有的物體都會在這個座標系上有相應的位置，而區域性座標系，則是以自身為基準(0.0)，自身的正前方為z軸，假想一下，如果我們所有的物體都不進行轉換，直接使用自身的local座標來進行操作，會發生什麼？一堆物體在(x,y)座標上，你遮住我，我遮住你，所有物體都說我的座標是對的，根據shader的處理，我就應該顯示我的背面，臉我不要了，那麼會發生什麼~~~
camera躲在世界座標看著前面一部分顯示，一部分不顯示，一部分顯示了一部分，另一些我乍一看看不見，然後稍微走兩步他就突然出現了，此時camera的心情應該是這樣的????????????????????????????????????，我是誰，我在那，我要幹嘛？？？？？？
所以，物體最終顯示在螢幕中其實都是需要經過幾次變換的
https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/08%20Coordinate%20Systems/
第一步，也就是從本地座標先轉化為世界座標（也就是自身的座標位置*自身的模型矩陣，上面程式碼中的modleSpace = glm::translate...），此時，我們得到了物體在世界空間中的相對座標
第二步，也就是從世界的座標轉化為相對於相機的座標位置（自身的座標+camera座標），此時camera就可以知道我們的物體到底在自己的那個位置
第三步（偽）:（正射投影，看名字也能瞭解一二，就是正交相機）
第三步，也是最複雜的一步，將所有的資料按照透視投影矩陣進行歸一化，所有超出的資料都將變為不可見，關於這個演算法實現（上面程式碼中的 perjSpace = glm::perspective.....），https://www.bilibili.com/video/av24353839/?p=23
其實。放到unity裡面大概就是這樣的
// unity裡面會自己幫助你進行幾次空間變換，所以一般我們寫的shader很少會用到多次變換，但是這裡只是過程
// 注意，unity和openGL左右手座標系不同，所以矩陣相乘的順序也不一樣
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// 以下引數，aPos 為頂點，aColor為頂點顏色，aTexCoord為uv座標，gl_Position為我們需要返回的頂點位置，在unity裡面我們不需要寫
//gl_Position其實不應該寫到a2v裡面，因為在openGL裡面這個並不是傳遞給frag的引數
//而是直接回傳給GPU進行直接渲染的引數，而如果想要在frag裡面修改頂點資料，則應該在宣告一個引數，
//傳遞給frag
struct a2v
{
fixed3 aColor : COLOR;
fixed3 aPos : POSITION;
fixed3 aTexcoord : TEXCOORD0;
fixed4 gl_Position : POSITION; // 注意這個是openGL需要返回出去的位置
};
struct v2f
{
fixed4 ourColor : COLOR;
fixed3 TexCoord : TEXCOORD0;
};
// openGL裡面的頂點著色器，unity裡面是#pragma vertex vert
v2f vert(a2v v)
{
// 變換座標到世界空間，modleSpace是模型矩陣
// gl_Position = modleSpace * vec4(aPos, 1.0)
gl_Postion = mul((float4*4)unity_ObjectToWorld,fixed4(aPos,1.0));
// 把物體轉換到相機座標系
// gl_Position = glPosition + _WorldSpaceCameraPos.xyz;
// 把物體變換到檢視，座標系
// gl_Position = viewSpace * gl_Position;
gl_Position = mul((float4*4)UNITY_MATRIX_V,gl_Position);
// 把座標變換到裁剪空間，也就是透視投影矩陣
// gl_Position = perjSpace * gl_Position;
gl_Position = mul((float4*4)UNITY_MATRIX_VP,gl_Position);
}
上面步驟完成之後，我們其實就已經獲得了一個物體應該出現的相對於相機的位置，旋轉，他應該出現多少在相機的視角之中，
其實，我們在unity中也能看到一些矩陣資訊，用過Profiler的都知道，在繪製幀的時候，下方最常出現的就是UNITY_MATRIX_VP
也就是上面的第三步，將物體從世界空間轉化到裁剪空間中，
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