（第五章）OpenGL超级宝典学习：统一变量（uniform variable）
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目录
- ♠ uniform
- ♥ 什么是uniform
- ♥ uniform的作用
- ♥ 简单理解
- ♥ 定义
- ♣ 方式1
- ♣ 方式2
- ♣ 定义演示
- ♥ 赋值
- ♣ 获取位置赋值
- ♣ 直接赋值
- ♥ 实战演示
- ♠ 一致区块
- ♥ 定义
- ♥ 数据布局
- ♣ 标准布局
- ♥ 数据缓冲
- ♥ 完整示例
- ♠ 推送
- ♠ 结语
♠ uniform
♥ 什么是uniform
uniform在glsl是一种特殊变量的限定符，这种变量被称为统一变量
♥ uniform的作用
能够直接将数据从应有程序传递到着色器阶段
♥ 简单理解
简单理解，用uniform定义在着色器中的变量，类似代码中的静态变量
♥ 定义
♣ 方式1
uniform vec4 out_color;
可以直接通过uniform+类型+字段的方式定义在着色器内
♣ 方式2
layout(location = 0) uniform vec4 out_color;
可以在方式1的基础上加上layout位置限定符
♣ 定义演示
"#version 450 core \n"
" \n"
"uniform vec4 out_color1; \n"
" \n"
"layout(location = 0) uniform vec4 out_color2; \n"
" \n"
"out vec4 color; \n"
" \n"
"void main(void) \n"
"{ \n"
" color = out_color1; \n"
"} \n"
以上是一个片段着色器的代码，我们在其中按照方式1和方式2定义了两个统一变量out_color1和out_color2
♥ 赋值
定义uniform后，我们需要在外部给其赋值，根据不同的定义方式，赋值的方式也略有不同
♣ 获取位置赋值
第一种赋值方式针对根据方式1定义的变量，我们首先需要获取变量在程序中的位置，才可以通过接口赋值，看下述代码
int location = glGetUniformLocation(program, "out_color1");
glUniform4f(location, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f)
要点1：glGetUniformLocation
该接口可以根据定义的变量名，来获取
统一变量在程序中的位置，参数1是创建好的程序，参数2是自定义的变量名，out_color1是我们在上边定义代码中写的变量
要点2：glUniform4f
我们在获取到变量位置后，可以通过
glUniform**类似的接口给不同类型的统一变量赋值，参数1是位置，后边是需要赋的值
♣ 直接赋值
在上述定义2的形式中，我们直接通过限定符layout给变量设定了位置，如此一来我们就不需要再获取位置了，可以直接赋值
glUniform4f(0, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f)
类似的形式还有很多，比如直接定义数组的赋值方式
GLfloat outColor[4] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };glUniform4fv(0, 1, outColor);
♥ 实战演示
我们已经知道了如何定义变量，还有如何赋值，下面我们就写一个简单的例子，画一个三角形，通过uniform变量给三角形上色
注：该例子直接修改OpenGl超级宝典官方示例singletri.cpp，只需修改片段着色器和render方法
- 片段着色器
static const char * fs_source[] =
{"#version 450 core \n"" \n""uniform vec4 out_color1; \n"" \n""layout(location = 0) uniform vec4 out_color2; \n"" \n""out vec4 color; \n"" \n""void main(void) \n""{ \n"" color = out_color2; \n""} \n"
};
- render
virtual void render(double currentTime)
{static const GLfloat green[] = { 0.0f, 0.25f, 0.0f, 1.0f };glClearBufferfv(GL_COLOR, 0, green);// 赋值方式1//int location = glGetUniformLocation(program, "out_color1");//glUniform4f(location, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);// 赋值方式2//glUniform4f(0, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);// 赋值数组GLfloat outColor[4] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };glUniform4fv(0, 1, outColor);glUseProgram(program);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
}
很简单的一个例子，我们通过glUniform4f或glUniform4fv方法，给outColor赋值，得以给三角形绘制指定颜色
♠ 一致区块
我们已经了解到统一变量的定义、赋值和使用，但是仅仅是单一变量，还有种高级点的用法，可以将很多的统一变量组合成一个区块，称之为一致区块
♥ 定义
以下声明了一个名为TransformBlock的一致区块
uniform TransformBlock{float scale;vec3 translation;float rotation[3];mat4 projection_matrix;
};
♥ 数据布局
命名好的区块会被写入到缓冲当中，在缓冲中，区块的数据布局可能不同，有两种数据布局
- 标准的、共识的数据布局（标准布局）
由于区块中的数据不同，占用的空间不同，该布局会根据每个统一变量的空间占用去存储
- OpenGL自己决定数据的布局方式（shared布局）
OpenGL自己决定存储方式，用之前并不知道各个数据位置，运行的时候需要先查询数据布局格式
♣ 标准布局
推荐使用标准布局，以下是标准布局的声明方式，需要用到限定符std140去声明一致区块
layout uniform (std140) TransformBlock{ float scale;vec4 color;
};
使用标准布局最重要的一点是我们需要知道区块内的统一变量，在缓存中的数据位置，我们简单理解一下数据的分布规则
- 每个类型都有固定长度
- 数据的起始点必须是其固定长度的倍数
我们以上边声明的TransformBlock为例来简单介绍一下
- 类型
float的长度是4，起始点是0，scale需要四个字节，所以结束位置4 - 类型
vec4的长度是16，因为前4位已被占用，并且4不是16的倍数，所以translation在缓冲的起始点只能是16，需要16个字节，在32结束
♥ 数据缓冲
区块的缓冲和我们之前学习的缓冲类似，结构基本一致，分为以下几个步骤
- 创建和绑定缓冲
unsigned int ubo;
glGenBuffers(1, &ubo);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, ubo);
- 分配内存
glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, 4*8, NULL, GL_STATIC_DRAW);
- 将缓冲区对象内的范围绑定到索引的缓冲区目标
glBindBufferRange(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, ubo, 0, 4 * 8);
- 更新数据
glBufferSubData(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, 4 * 4, sColor);
♥ 完整示例
我们来看一个完整的演示示例吧，很简单，我们只通过区块内的统一变量去给三角形上色
注：该例子直接修改OpenGl超级宝典官方示例singletri.cpp，只需修改startup方法即可
virtual void startup()
{static const char * vs_source[] ={"#version 450 core \n"" \n"" \n""void main(void) \n""{ \n"" const vec4 vertices[] = vec4[](vec4( 0.25, -0.25, 0.5, 1.0), \n"" vec4(-0.25, -0.25, 0.5, 1.0), \n"" vec4( 0.25, 0.25, 0.5, 1.0)); \n"" \n"" gl_Position = vertices[gl_VertexID]; \n""} \n"};static const char * fs_source[] ={"#version 450 core \n"" \n""layout (std140) uniform color_block \n""{ \n"" vec4 out_color; \n""}; \n"" \n""out vec4 color; \n"" \n""void main(void) \n""{ \n"" color = out_color; \n""} \n"};program = glCreateProgram();GLuint fs = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);glShaderSource(fs, 1, fs_source, NULL);glCompileShader(fs);GLuint vs = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);glShaderSource(vs, 1, vs_source, NULL);glCompileShader(vs);glAttachShader(program, vs);glAttachShader(program, fs);glLinkProgram(program);glGenVertexArrays(1, &vao);glBindVertexArray(vao);GLfloat sColor[] = { 1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f };unsigned int ubo;glGenBuffers(1, &ubo);glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, ubo);glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, 4*8, NULL, GL_STATIC_DRAW);glBindBufferRange(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, ubo, 0, 4 * 8);glBufferSubData(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, 4 * 4, sColor);
}
要点1：在该片段着色器中我们声明了一个标准区块color_block，其存有唯一变量out_color，该变量会作为三角形颜色被赋值
要点2：自定义颜色sColor，作为数值通过glBufferSubData接口更新到了区块内，以下是最终显示效果
♠ 推送
- Github
https://github.com/KingSun5
♠ 结语
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