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OpenGL几何着色器实现贝塞尔曲线

OpenGL几何着色器实现贝塞尔曲线

2022年1月28日 liyanliang Comments 0 Comment
阅读次数: 664

几何着色器 (GS) 是用 GLSL 编写的着色器程序,用于控制基元的处理。几何着色器位于顶点着色器(或Tessellation 阶段)和Vertex Post-Processing阶段之间。

GLSL rendering pipeline

本文实现的是三次方贝塞尔曲线。

P0、P1、P2、P3四个点在平面或在三维空间中定义了三次方贝塞尔曲线。曲线起始于P0走向P1,并从P2的方向来到P3。一般不会经过P1或P2;这两个点只是在那里提供方向资讯。P0和P1之间的间距,决定了曲线在转而趋进P3之前,走向P2方向的“长度有多长”。

曲线的参数形式为:

需要注意的是,显卡会影响曲线的绘制效果,如果使用的是集中显卡,建议切换为独立显卡。

lines_adjacency:

line_strip:

geometry_shader_bezier.vs

  #version 330 core
  layout (location = 0) in vec3 aPos;
  ​
  uniform mat4 model;
  uniform mat4 view;
  uniform mat4 projection;
  ​
  void main()
  {
      gl_Position = vec4(aPos, 1.0); 
  }

geometry_shader_bezier.gs

  #version 330 core
   
  layout (lines_adjacency) in; //基元类型模式lines_adjacency,输入图元邻接线,输入数组gl_in[]大小为4,刚好绘制三次bezier曲线需要四个控制点
  layout (line_strip, max_vertices = 200) out; //将一个点变为最多32个可连成线条的点 交给FragShader
  ​
  uniform mat4 model;
  uniform mat4 view;
  uniform mat4 projection;
  ​
  void creatBezier(){
     int segments = 1000;
     float delta = 1.0 / float(segments);
     vec4 v;
     for ( int i=0; i<=segments; ++i )
     {
          float   t   =   delta * float(i);//插值计算参数t与segment关联起来
          vec3    p0  =   gl_in[0].gl_Position.xyz;   
          vec3    p1  =   gl_in[1].gl_Position.xyz;   
          vec3    p2  =   gl_in[2].gl_Position.xyz;   
          vec3    p3  =   gl_in[3].gl_Position.xyz;   
          float   len =   length(p1 - p0)/2.0;   
          // Linear interpolation 
          vec3    p;  
          p.x = (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) * p0.x + 3 * t * (1 - t) * (1 - t)* p1.x + 3 * t*t* (1 - t)* p2.x + t * t * t * p3.x;
          p.y = (1 - t) * (1 - t) * (1 - t) * p0.y + 3 * t * (1 - t) * (1 - t)* p1.y + 3 * t*t* (1 - t)* p2.y + t * t * t * p3.y;
          p.z =   0;
          gl_Position = projection * view * model * vec4(p, 1); 
         EmitVertex();
    }
  }
   
  void main(){
      creatBezier();
  }
  ​

geometry_shader_bezier.fs

  #version 330 core
  out vec4 FragColor;
  ​
  void main()
  {
      FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);   
  }

main.cpp

  #include <glad/glad.h>
  #include <GLFW/glfw3.h>
  #include <glm/glm.hpp>
  #include <learnopengl/camera.h>
  ​
  #include <learnopengl/shader.h>
  ​
  #include <iostream>
  ​
  void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
  ​
  // settings
  const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
  const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;
  ​
  Camera camera(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f));
  ​
  int main()
  {
      // glfw: initialize and configure
      // ------------------------------
      glfwInit();
      glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
      glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
      glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
  ​
  #ifdef __APPLE__
      glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
  #endif
  ​
      // glfw window creation
      // --------------------
      GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
      if (window == NULL)
      {
          std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
          glfwTerminate();
          return -1;
      }
      glfwMakeContextCurrent(window);
  ​
      // glad: load all OpenGL function pointers
      // ---------------------------------------
      if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
      {
          std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
          return -1;
      }
  ​
      // configure global opengl state
      // -----------------------------
      glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  ​
      // build and compile shaders
      // -------------------------
      Shader shader("geometry_shader_bezier.vs", "geometry_shader_bezier.fs", "geometry_shader_bezier.gs");
  ​
      // set up vertex data (and buffer(s)) and configure vertex attributes
      // ------------------------------------------------------------------
      float points[] = {
          0.1f, 0.1f, 0.0f,
          1.0f, 1.0f, 0.0f,
          2.0f, 0.1f, 0.0f,
          3.0f, 1.5f, 0.0f,
      };
      unsigned int VBO, VAO;
      glGenBuffers(1, &VBO);
      glGenVertexArrays(1, &VAO);
      glBindVertexArray(VAO);
      glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
      glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(points), &points, GL_STATIC_DRAW);
      glEnableVertexAttribArray(0);
      glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), 0);
      glBindVertexArray(0);
  ​
      // render loop
      // -----------
      while (!glfwWindowShouldClose(window))
      {
          // render
          // ------
          glClearColor(0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f);
          glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  ​
          // draw points
          shader.use();
          glm::mat4 projection = glm::perspective(glm::radians(camera.Zoom), (float)SCR_WIDTH / (float)SCR_HEIGHT, 0.1f, 100.0f);
          glm::mat4 view = camera.GetViewMatrix();
          glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
          shader.setMat4("projection", projection);
          shader.setMat4("view", view);
          shader.setMat4("model", model);
  ​
          glBindVertexArray(VAO);
          glDrawArrays(GL_LINES_ADJACENCY, 0, 4);
  ​
          // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
          // -------------------------------------------------------------------------------
          glfwSwapBuffers(window);
          glfwPollEvents();
      }
  ​
      // optional: de-allocate all resources once they've outlived their purpose:
      // ------------------------------------------------------------------------
      glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
      glDeleteBuffers(1, &VBO);
  ​
      glfwTerminate();
      return 0;
  }
  ​
  // glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes
  // ---------------------------------------------------------------------------------------------
  void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
  {
      // make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and 
      // height will be significantly larger than specified on retina displays.
      glViewport(0, 0, width, height);
  }
  ​

效果:

完整项目代码:

https://github.com/mc-liyanliang/OpenGL-Shader/tree/master

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