OpenTK教程-2绘制一个三角形（正确的方式）

上一个教程向我们展示了如何在屏幕上画一个三角形。但是，我说过，那是一种古老的方式，即使它能够正常运行，但是现在这已经不是“正确”的方式。上篇文章中我们将几何发送到GPU的方式是所谓的“即时模式”，它非常简单，但是已经不再推荐使用。

在本教程中，我们将要实现同样的最终目标，但是我们将以更复杂的方式来做事情，疯了么大哥？

我们选择更麻烦的编写方式，是为了更有效率，更快速和可扩展性。

我们将像以前的教程一样开始，我将引用原文几次，所以如果还没有看过上一篇的话，请抽空看看。

Part 1：设置

要开始，我们需要创建一个新的项目，引用OpenTK和System.Drawing，同上一个教程。将其命名为OpenTKTutorial2。

Part 2：编码

首先，我们需要再次做一些基础工作，就像第一个教程那样。添加一个名为“Game”的新类。使它成为GameWindow的子类（您需要为OpenTK添加一个using指令才能使用该类）。

差不多是这样：

using OpenTK;

namespace OpentkTutorials2
{
    class Game : GameWindow
    {
    }
}

回到Program.cs，添加代码：

namespace OpentkTutorials2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using (var game = new Game())
            {
                game.Run(30.0);
            }
        }
    }
}

Onload方法和OnRenderFrame方法参照上一个教程做就行了。

protected override void OnLoad(EventArgs e)
{
         base.OnLoad(e);
 		 //修改窗口标题
         Title = "Hello OpenTK!";
 		 //设置背景颜色为，额，不知道什么蓝（需要添加 OpenTK.Graphics.OpenGL and System.Drawing引用）
         GL.ClearColor(Color.CornflowerBlue);
}

protected override void OnRenderFrame(FrameEventArgs e)
{
         base.OnRenderFrame(e);

         GL.Clear(ClearBufferMask.ColorBufferBit | ClearBufferMask.DepthBufferBit);

         SwapBuffers();
}

好了，从这里开始，我们可以学点新的东西了！

我们首先需要做的是创建我们的着色器（Shader）。现代OpenGL使用它获知如何绘制给出的值。我们将使用两种着色器：顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器(Fragment Shader)。 顶点着色器告诉显卡正在绘制的形状中的点的信息。片段着色器决定绘制到屏幕时形状的每个像素的颜色。我们将要使用的代码非常简单，但是我们可以使用类似于即时模式的风格操作。OpenGL的着色器以类C语言的脚本语言编写，称为GLSL（DirectX使用稍微不同的语言，称为HLSL）。

译者注：有另外一篇非常好的文章讲GLSL，推荐先阅读以更深入了解GLSL：LearnOpenGL CN，该系列教程也非常推荐阅读。

将一个文本文件添加到您的项目中，名为“vs.glsl”。 这将存储我们的顶点着色器：

#version 330

in vec3 vPosition;
in vec3 vColor;
out vec4 color;
uniform mat4 modelview;

void
main()
{
    gl_Position = modelview * vec4(vPosition, 1.0);

    color = vec4( vColor, 1.0);
}

注意：对于着色器文件，您可能需要告诉IDE将其复制到输出目录(设置文件为始终复制)，否则程序将无法找到它们！

第一行告诉链接器正在使用哪个版本的GLSL。

“in”行表示每个顶点具有的不同变量。“out”变量被发送到图形流水线的下一部分，在其中进行插值，以便跨片段平滑过渡。我们通常发送每个顶点的颜色。 “vec3”类型是指具有三个值的向量，“vec4”是具有四个值的向量。

这里还有一个“uniform”变量，对于整个被绘制的对象来说，该变量是相同的。 这将有我们的转换矩阵，所以我们可以一次性改变对象中的顶点。我们还没有用到它，但我们很快就会使用它的。

我们的片段着色器更简单。 将以下内容另存为“fs.glsl”：

#version 330

in vec4 color;
out vec4 outputColor;

void
main()
{
    outputColor = color;
}

它只是获得上一个着色器输出的颜色变量（注意它现在是“输入”的“in”），并将输出设置为该颜色。

现在我们有了这些着色器，接下来我们需要指示显卡去使用它们。首先，我们需要告诉OpenTK创建一个新的程序对象（program）。 它将以可用的形式存储的这些着色器。

首先，定义程序的ID（它的地址）变量，置于其他函数之外。我们在代码中不存储程序对象本身，而是存储一个可以引用的地址，程序其本身将存储在显卡中。

int pgmID;

在Game类中创建一个新的函数，称为initProgram。在这个函数中，我们将首先调用GL.CreateProgram()函数，该函数返回一个新程序对象的ID，我们将它存储在pgmID中。

void initProgram()
{
	pgmID = GL.CreateProgram();
}

然后我们需要写一个加载器来读取我们的着色器代码并添加它们。此函数需要获取文件名和一些信息，并返回创建的着色器的地址。

它应该看起来像这样：

void loadShader(String filename,ShaderType type, int program, out int address)
{
	address = GL.CreateShader(type);
	using (StreamReader sr = new StreamReader(filename))
	{
	    GL.ShaderSource(address, sr.ReadToEnd());
	}
	GL.CompileShader(address);
	GL.AttachShader(program, address);
	Console.WriteLine(GL.GetShaderInfoLog(address));
}

上面代码将创建一个新的着色器（使用ShaderType枚举中的值），为其加载代码，编译，并将其添加到我们的程序中。它还会在控制台中将发现的任何错误打印出来，当在着色器中发生错误时，这是非常好的（如果您使用过时的代码，它也会警告）。

现在我们有了这个，我们来添加我们的着色器。首先我们在类上定义两个变量：

      int vsID;
      int fsID;

这些将存储我们两个着色器的地址。 现在，我们要使用我们从文件中加载着色器的功能。

将以下代码添加到initProgram中：

	loadShader("vs.glsl", ShaderType.VertexShader, pgmID, out vsID);
	loadShader("fs.glsl", ShaderType.FragmentShader, pgmID, out fsID);

现在，添加了着色器，程序需要链接。像C代码一样，代码首先被编译，然后被链接，完成从人类可读的代码到需要的机器语言的转变。

然后再添加：

GL.LinkProgram(pgmID);
Console.WriteLine(GL.GetProgramInfoLog(pgmID));

这将链接它，并告诉我们是否有错误。

着色器现在被添加到我们的程序中，但是我们需要告诉程序更多的信息才能正常工作。我们在我们的顶点着色器上有多个输入，所以我们需要告诉它们地址来给出顶点的着色器位置和颜色信息。

将此代码添加到Game类中：

	  int attribute_vcol;
      int attribute_vpos;
      int uniform_mview;

我们在这里定义三个变量，存储每个变量的位置，以供将来引用。往后我们将需要使用这些值，所以我们应该保持简单。要获取每个变量的地址，我们使用GL.GetAttribLocation和GL.GetUniformLocation函数。每个都使用着色器中的程序的ID和变量的名称。

在initProgram结尾处添加：

attribute_vpos = GL.GetAttribLocation(pgmID, "vPosition");
attribute_vcol = GL.GetAttribLocation(pgmID, "vColor");
uniform_mview = GL.GetUniformLocation(pgmID, "modelview");

if (attribute_vpos == -1 || attribute_vcol == -1 || uniform_mview == -1)
{
    Console.WriteLine("Error binding attributes");
}

上面代码将存储我们需要的值，并且还要做一个简单的检查，以确保找到属性。

译者注：也可以不在C#代码中指定，而在shader代码中使用layout (location = x)的方式指定。具体用法可以参见上文中说的

现在我们的着色器和程序已经建立起来了，但是我们还需要给他们一些东西绘制。为此，我们将使用顶点缓冲区对象（VBO）。 当您使用VBO时，首先需要让显卡创建一个，然后绑定到它并发送你的信息。最后，当DrawArrays函数被调用时，缓冲区中的信息将被一次性发送到着色器并绘制到屏幕上。

像着色器的变量一样，我们也需要存储地址以供将来使用：

int vbo_position;
int vbo_color;
int vbo_mview;

创建缓冲区非常简单。在initProgram中添加：

GL.GenBuffers(1, out vbo_position);
GL.GenBuffers(1, out vbo_color);
GL.GenBuffers(1, out vbo_mview);

这将生成3个单独的缓冲区并将其地址存储在我们的变量中。对于像这样的多个缓冲区，有一个可以生成多个缓冲区并将它们存储在数组中的选项，但是为了简单起见，在这里我们将它们保留在单独的int中。

这些缓冲区将需要一些数据。位置和颜色都为Vector3类型，模型视图为Matrix4类型。我们需要将它们存储在一个数组中，这样可以更有效地将数据发送到缓冲区。

向Game类添加三个变量：

Vector3[] vertdata;
Vector3[] coldata;
Matrix4[] mviewdata;

这个例子中，我们将在onLoad中设置这些值，并调用initProgram（）：

protected override void OnLoad(EventArgs e)
{
    base.OnLoad(e);

    initProgram();

    vertdata = new Vector3[] { new Vector3(-0.8f, -0.8f, 0f),
        new Vector3( 0.8f, -0.8f, 0f),
        new Vector3( 0f,  0.8f, 0f)};

    coldata = new Vector3[] { new Vector3(1f, 0f, 0f),
        new Vector3( 0f, 0f, 1f),
        new Vector3( 0f,  1f, 0f)};

    mviewdata = new Matrix4[]{
        Matrix4.Identity
    };

    Title = "Hello OpenTK!";
    GL.ClearColor(Color.CornflowerBlue);
    GL.PointSize(5f);
}

数据存储完毕，我们就可以发送到缓冲区了。我们需要为OnUpdateFrame函数添加另一个重载。首先是绑定到缓冲区：

            GL.BindBuffer(BufferTarget.ArrayBuffer, vbo_position);

这就告诉OpenTK，如果我们发送任何数据，我们将使用该缓冲区。接下来，我们会发送数据：

            GL.BufferData<Vector3>(BufferTarget.ArrayBuffer, (IntPtr)(vertdata.Length * Vector3.SizeInBytes), vertdata, BufferUsageHint.StaticDraw);

这段代码告诉我们，我们发送的长度为（vertdata.Length * Vector3.SizeInBytes）的vertdata到缓冲区。最后，我们需要告诉它使用这个缓冲区（最后一个绑定到）vPosition变量，这将需要3个float值：

           GL.VertexAttribPointer(attribute_vpos, 3, VertexAttribPointerType.Float, false, 0, 0);

所以，最后合起来：

            GL.BindBuffer(BufferTarget.ArrayBuffer, vbo_position);
            GL.BufferData<Vector3>(BufferTarget.ArrayBuffer, (IntPtr)(vertdata.Length * Vector3.SizeInBytes), vertdata, BufferUsageHint.StaticDraw);
            GL.VertexAttribPointer(attribute_vpos, 3, VertexAttribPointerType.Float, false, 0, 0);

            GL.BindBuffer(BufferTarget.ArrayBuffer, vbo_color);
            GL.BufferData<Vector3>(BufferTarget.ArrayBuffer, (IntPtr)(coldata.Length * Vector3.SizeInBytes), coldata, BufferUsageHint.StaticDraw);
            GL.VertexAttribPointer(attribute_vcol, 3, VertexAttribPointerType.Float, true, 0, 0);

我们还需要发送模型视图矩阵（Model-View Matrix）：

             GL.UniformMatrix4(uniform_mview, false, ref mviewdata[0]);

最后，我们要清除缓冲区绑定，并将其设置为与我们的着色器一起使用该程序：

            GL.UseProgram(pgmID);
            GL.BindBuffer(BufferTarget.ArrayBuffer, 0);

快要大功告成了！ 现在我们将数据、着色器发送到显卡，但是我们还需要绘制他们。在我们的OnRenderFrame函数中，首先我们需要告诉它使用我们想要的变量：

            GL.EnableVertexAttribArray(attribute_vpos);
            GL.EnableVertexAttribArray(attribute_vcol);

然后我们告诉它如何绘制它们：

GL.DrawArrays(PrimitiveType.Triangles, 0, 3);

最后是清理工作：

GL.DisableVertexAttribArray(attribute_vpos);
GL.DisableVertexAttribArray(attribute_vcol);

GL.Flush();

最终看起来是这样子：

        protected override void OnRenderFrame(FrameEventArgs e)
        {
            base.OnRenderFrame(e);
            GL.Viewport(0, 0, Width, Height);
            GL.Clear(ClearBufferMask.ColorBufferBit | ClearBufferMask.DepthBufferBit);
            GL.Enable(EnableCap.DepthTest);<

            GL.EnableVertexAttribArray(attribute_vpos);
            GL.EnableVertexAttribArray(attribute_vcol);

            GL.DrawArrays(BeginMode.Triangles, 0, 3);

            GL.DisableVertexAttribArray(attribute_vpos);
            GL.DisableVertexAttribArray(attribute_vcol);

            GL.Flush();
            SwapBuffers();
        }

如果你运行这些代码，效果是不是很熟悉？

---

本系列教程翻译自Neo Kabuto's Blog。已经取得作者授权。

本文原文地址http://neokabuto.blogspot.com/2013/03/opentk-tutorial-2-drawing-triangle.html

原文代码可以在github上找到。