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OpenGL 基本概念之绘制一个三角形

因为在 GLFW 那里就编写了基本的代码了，所以这里直接以这个 代码 为基础继续拓展

OpenGL 的概念介绍​

在 OpenGL 中，任何事物都在 3D 空间中，而屏幕和窗口却是 2D 像素数组，这导致 OpenGL 的大部分工作都是关于把 3D 坐标转变为适应你屏幕的 2D 像素。

3D 坐标转为 2D 坐标的处理过程是由 OpenGL 的图形渲染管线（Graphics Pipeline），大多译为管线，实际上指的是一堆原始图形数据途经一个输送管道，期间经过各种变化处理最终出现在屏幕的过程管理的。

图形渲染管线可以被划分为两个主要部分：

  • 第一部分把你的 3D 坐标转换为 2D 坐标；
  • 第二部分是把 2D 坐标转变为实际的有颜色的像素。

2D 坐标和像素也是不同的，2D 坐标精确表示一个点在 2D 空间中的位置，而 2D 像素是这个点的近似值，2D 像素受到你的屏幕/窗口分辨率的限制。

图形渲染管线接受一组 3D 坐标，然后把它们转变为你屏幕上的有色 2D 像素输出。

图形渲染管线可以被划分为几个阶段，每个阶段将会把前一个阶段的输出作为输入。所有这些阶段都是高度专门化的（它们都有一个特定的函数），并且很容易并行执行。正是由于它们具有并行执行的特性，当今大多数显卡都有成千上万的小处理核心，它们在 GPU 上为每一个（渲染管线）阶段运行各自的小程序，从而在图形渲染管线中快速处理你的数据。这些小程序叫做着色器（Shader）。

有些着色器允许开发者自己配置，这就允许我们用自己写的着色器来替换默认的。这样我们就可以更细致地控制图形渲染管线中的特定部分了，而且因为它们运行在 GPU 上，所以它们可以给我们节约宝贵的 CPU 时间。OpenGL 着色器是用 OpenGL 着色器语言 GLSL（OpenGL Shading Language） 写成的。

下面，你会看到一个图形渲染管线的每个阶段的抽象展示。要注意蓝色部分代表的是我们可以注入自定义的着色器的部分。

图形渲染管线包含很多部分，每个部分都将在转换顶点数据到最终像素这一过程中处理各自特定的阶段。

下面介绍下顶点数据(Vertex Data)、顶点(Vertex)、顶点属性(Vertex Attribute) 的概念

  • 以数组的形式传递 3 个 3D 坐标作为图形渲染管线的输入，用来表示一个三角形，这个数组叫做顶点数据(Vertex Data)；
  • 一个顶点(Vertex)是一个 3D 坐标的数据的集合。
  • 而顶点数据是用顶点属性(Vertex Attribute)表示的，它可以包含任何我们想用的数据（例如颜色之类的）

各阶段 Shader 的概念​

图形渲染管线的第一个部分是 顶点着色器(Vertex Shader)，它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把 3D 坐标转为另一种 3D 坐标（后面会解释），同时顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。

图元装配阶段的输出会传递给 几何着色器(Geometry Shader)。几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。

几何着色器的输出会被传入光栅化阶段(Rasterization Stage)，这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供 片段着色器(Fragment Shader) 使用的片段(Fragment)。（OpenGL中的一个片段是OpenGL渲染一个像素所需的所有数据）

在片段着色器运行之前会执行裁切(Clipping)。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素，用来提升执行效率。

片段着色器的主要目的是计算一个像素的最终颜色，这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常，片段着色器包含 3D 场景的数据（比如光照、阴影、光的颜色等等），这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。

在所有对应颜色值确定以后，最终的对象将会被传到最后一个阶段，叫做 Alpha 测试和混合(Blending)阶段。这个阶段检测片段的对应的深度值，用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查 alpha 值（alpha 值定义了一个物体的透明度）并对物体进行混合(Blend)。

在现代 OpenGL 中，我们必须定义至少一个顶点着色器和一个片段着色器（因为 GPU 中没有默认的顶点/片段着色器）。

绘制一个三角形​

开始绘制图形之前，我们必须先给 OpenGL 输入一些顶点数据。

var (
    triangle = []float32{
        0, 0.5, 0, // top
        -0.5, -0.5, 0, // left
        0.5, -0.5, 0, // right
    }
)

注意，一般 OpenGL 的顶点使用的是 float32，由于 OpenGL 是在 3D 空间中工作的，而渲染的是一个 2D 三角形，所以将它顶点的 z 坐标设置为 0.0

标准化设备坐标​

补充一个 标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC) 的概念

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。

与通常的屏幕坐标不同，y 轴正方向为向上，(0, 0) 坐标是这个图像的中心，而不是左上角。标准化设备坐标接着会变换为 屏幕空间坐标(Screen-space Coordinates)，这是使用通过 glViewport 函数提供的数据，进行视口变换(Viewport Transform)完成的。所得的屏幕空间坐标又会被变换为片段输入到片段着色器中。

// 告诉 OpenGL 渲染窗口的尺寸大小，即视口(Viewport)，这样 OpenGL 才只能知道怎样根据窗口大小显示数据和坐标
gl.Viewport(0, 0, 800, 600)

顶点着色器阶段-VAO​

定义这样的顶点数据以后，我们会把它作为输入发送给图形渲染管线的第一个处理阶段：顶点着色器。

它会在 GPU 上创建内存用于储存我们的顶点数据，还要配置 OpenGL 如何解释这些内存，并且指定其如何发送给显卡。顶点着色器接着会处理我们在内存中指定数量的顶点。

通过 顶点缓冲对象 (Vertex Buffer Objects, VBO) 管理这个内存，它会在 GPU 内存（通常被称为显存）中储存大量顶点。使用这些缓冲对象的好处是我们可以一次性的发送一大批数据到显卡上，而不是每个顶点发送一次。因为从 CPU 把数据发送到显卡相对较慢，所以只要可能我们都要尝试尽量一次性发送尽可能多的数据。（当数据发送至显卡的内存中后，顶点着色器几乎能立即访问顶点，这是个非常快的过程）

顶点缓冲对象是一个 OpenGL 对象，OpenGL 中的对象有一个独一无二的 ID，所以我们可以使用 glGenBuffers 函数和一个缓冲 ID 生成一个 VBO 对象：

var vbo uint32
gl.GenBuffers(1,&vbo)//创建顶点缓冲对象，绑定 id

OpenGL 有很多缓冲对象类型，顶点缓冲对象的缓冲类型是 GL_ARRAY_BUFFER。OpenGL 允许我们同时绑定多个缓冲，只要它们是不同的缓冲类型。我们可以使用 gl.BindBuffer 函数把新创建的缓冲绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 目标上：

gl.BindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo) // 把新创建的缓冲绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 上

从这一刻起，我们使用的任何缓冲调用都会用来配置当前绑定的缓冲(VBO)（在 GL_ARRAY_BUFFER 目标上的）。然后我们可以调用 gl.BufferData 函数，它会把之前定义的顶点数据复制到缓冲的内存中：

func makeVao(points []float32) uint32 {
    var vbo uint32
    gl.GenBuffers(1, &vbo)
    gl.BindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo)

    //把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲
    gl.BufferData(gl.ARRAY_BUFFER, 4*len(points), gl.Ptr(points), gl.STATIC_DRAW)

注意：这里使用 4 是因为是使用了 float32 切片，而 32 位浮点数有 4 个字节，因此我们说缓冲区的大小（以字节为单位）是 point 的 4 倍。

这个 gl.BufferData 是一个专门用来把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲的函数。

第一个参数是目标缓冲的类型：顶点缓冲对象当前绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 目标上； 第二个参数指定传输数据的大小（以字节为单位）； 第三个参数是我们希望发送的实际数据； 第四个参数指定了我们希望显卡如何管理给定的数据。它有三种形式：

  • GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变。
  • GL_DYNAMIC_DRAW：数据会被改变很多。
  • GL_STREAM_DRAW ：数据每次绘制时都会改变。

三角形的位置数据不会改变，每次渲染调用时都保持原样，所以它的使用类型最好是 GL_STATIC_DRAW。如果，比如说一个缓冲中的数据将频繁被改变，那么使用的类型就是 GL_DYNAMIC_DRAW 或 GL_STREAM_DRAW，这样就能确保显卡把数据放在能够高速写入的内存部分。

简单介绍顶点着色器​

用着色器语言 GLSL(OpenGL Shading Language) 编写顶点着色器

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;

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

GLSL 看起来很像C语言。每个着色器都起始于一个版本声明。OpenGL 3.3 以及和更高版本中，GLSL 版本号和 OpenGL 的版本是匹配的（比如说 GLSL 420 版本对应于 OpenGL 4.2）。

这里的 core 表示使用 核心模式

下一步，使用 in 关键字，在顶点着色器中声明所有的输入顶点属性(Input Vertex Attribute)。现在我们只关心位置(Position)数据，所以我们只需要一个顶点属性。GLSL 有一个向量数据类型，它包含 1 到 4 个 float 分量，包含的数量可以从它的后缀数字看出来。

由于每个顶点都有一个 3D 坐标，我们就创建一个 vec3 输入变量 aPos。通过 layout (location = 0) 设定了输入变量的位置值(Location)

为了设置顶点着色器的输出，必须把位置数据赋值给预定义的 gl_Position 变量，它在幕后是 vec4 类型的，所以最后一个变量设置为 1f。

所以这里的逻辑是对输入数据什么都没有处理就把它传到着色器的输出了

编译着色器​

为了能够让 OpenGL 使用它，我们必须在运行时动态编译它的源代码。

首先要做的是创建一个着色器对象，注意还是用 ID 来引用的。所以我们储存这个顶点着色器为 uint，然后用 gl.CreateShader 创建这个着色器：

vertexShader := gl.CreateShader(gl.VERTEX_SHADER)

下一步我们把这个着色器源码附加到着色器对象上，然后编译它：

source := `
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;

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

vertexShader := gl.CreateShader(gl.VERTEX_SHADER)
csources, free := gl.Strs(source + "\x00") // 把字符串转成 C 的字符串
gl.ShaderSource(vertexShader, 1, csources, nil)
free() // 使用完字符串后，必须调用返回的 free 函数释放内存。
gl.CompileShader(vertexShader)

glShaderSource 函数把要编译的着色器对象作为第一个参数。第二参数指定了传递的源码字符串数量，这里只有一个。第三个参数是顶点着色器真正的源码，第四个参数我们先设置为 NULL。

补充：如果希望在 Shader 编写错误时，编译时能打印这个异常，检测编译时错误可以通过以下代码来实现：

var result int32 = gl.FALSE
var infoLogLength int32
gl.GetShaderiv(vertexShader, gl.COMPILE_STATUS, &result)
gl.GetShaderiv(vertexShader, gl.INFO_LOG_LENGTH, &infoLogLength)

首先我们定义一个整型变量来表示是否成功编译，还定义了一个储存错误消息（如果有的话）的容器。然后我们用 gl.GetShaderiv 检查是否编译成功。如果编译失败，我们会用 gl.GetShaderInfoLog 获取错误消息，然后打印它。

if infoLogLength > 0 {
    vertexShaderErrorMessage := strings.Repeat("\x00", int(infoLogLength))
    var messageLength int32
    gl.GetShaderInfoLog(vertexShader, infoLogLength, &messageLength, gl.Str(vertexShaderErrorMessage))
    log.Printf("Shader Compile Error: %s (compile status: %d)\n", vertexShaderErrorMessage, result)
}

如果编译的时候没有检测到任何错误，顶点着色器就被编译成功了。

完整的代码

// 传入的 shaderType 为 gl.VERTEX_SHADER Or gl.FRAGMENT_SHADER
func compileShader(source string, shaderType uint32) (uint32, error) {
    shader := gl.CreateShader(shaderType)
    csources, free := gl.Strs(source + "\x00")
    gl.ShaderSource(shader, 1, csources, nil)
    free()
    gl.CompileShader(shader)

    var status int32
    gl.GetShaderiv(shader, gl.COMPILE_STATUS, &status)

    if status == gl.FALSE {
        var logLength int32
        gl.GetShaderiv(shader, gl.INFO_LOG_LENGTH, &logLength)

        log := strings.Repeat("\x00", int(logLength+1))
        gl.GetShaderInfoLog(shader, logLength, nil, gl.Str(log))

        return 0, fmt.Errorf("failed to compile %v: %v", source, log)
    }

    return shader, nil
}

简单介绍片段着色器​

片段着色器(Fragment Shader)是第二个也是最后一个我们打算创建的用于渲染三角形的着色器。片段着色器所做的是计算像素最后的颜色输出。为了让事情更简单，我们的片段着色器将会一直输出橘黄色。

颜色被表示为有 4 个元素的数组：红色、绿色、蓝色和 alpha(透明度)分量，通常缩写为RGBA。在 OpenGL 或 GLSL 中定义一个颜色的时候，我们把颜色每个分量的强度设置在 0.0 到 1.0 之间。

#version 330 core
out vec4 FragColor;

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

片段着色器只需要一个输出变量，这个变量是一个 4 分量向量，它表示的是最终的输出颜色，我们应该自己将其计算出来。声明输出变量可以使用 out 关键字，不过这里我们命名为 FragColor。

编译片段着色器的过程与顶点着色器类似，只不过我们使用 GL_FRAGMENT_SHADER 常量作为着色器类型：

source := `
#version 330 core
out vec4 FragColor;

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

fragmentShader := gl.CreateShader(gl.FRAGMENT_SHADER)
csources, free := gl.Strs(source + "\x00") // 把字符串转成 C 的字符串
gl.ShaderSource(fragmentShader, 1, csources, nil)
free() // 使用完字符串后，必须调用返回的 free 函数释放内存。
gl.CompileShader(fragmentShader)

两个着色器现在都编译了，剩下的事情是把两个着色器对象链接到一个用来渲染的着色器程序(Shader Program)中。

着色器程序​

着色器程序对象(Shader Program Object)是多个着色器合并之后并最终链接完成的版本。如果要使用刚才编译的着色器我们必须把它们链接(Link)为一个着色器程序对象，然后在渲染对象的时候激活这个着色器程序。已激活着色器程序的着色器将在我们发送渲染调用的时候被使用。

当链接着色器至一个程序的时候，它会把每个着色器的输出链接到下个着色器的输入。当输出和输入不匹配的时候，你会得到一个连接错误。

创建一个程序对象很简单：

var shaderProgram uint32
shaderProgram = gl.CreateProgram()

gl.CreateProgram 函数创建一个程序，并返回新创建程序对象的 ID 引用。现在我们需要把之前编译的着色器附加到程序对象上，然后用 gl.LinkProgram 链接它们：

gl.AttachShader(shaderProgram, vertexShader)
gl.AttachShader(shaderProgram, fragmentShader)
gl.LinkProgram(shaderProgram)

就像着色器的编译一样，我们也可以检测链接着色器程序是否失败，并获取相应的日志。与上面不同，我们不会调用 gl.GetShaderiv 和 gl.GetShaderInfoLog，现在我们使用：

gl.GetProgramiv(shaderProgram, gl.LINK_STATUS, &result)
gl.GetProgramiv(shaderProgram, gl.INFO_LOG_LENGTH, &infoLogLength)

if infoLogLength > 0 {
    programErrorMessage := strings.Repeat("\x00", int(infoLogLength))

    var messageLength int32
    gl.GetProgramInfoLog(shaderProgram, infoLogLength, &messageLength, gl.Str(programErrorMessage))
    log.Printf("Program Link Error: %s (compile status: %d)\n", programErrorMessage, result)
}

得到的结果就是一个程序对象，我们可以调用 gl.UseProgram 函数，用刚创建的程序对象作为它的参数，以激活这个程序对象：

gl.UseProgram(shaderProgram)

在 gl.UseProgram 函数调用之后，每个着色器调用和渲染调用都会使用这个程序对象（也就是之前写的着色器）了。

对了，在把着色器对象链接到程序对象以后，记得删除着色器对象，我们不再需要它们了：

gl.DeleteShader(vertexShader)
gl.DeleteShader(fragmentShader)

现在，我们已经把输入顶点数据发送给了 GPU，并指示了 GPU 如何在顶点和片段着色器中处理它。就快要完成了，但还没结束，OpenGL 还不知道它该如何解释内存中的顶点数据，以及它该如何将顶点数据链接到顶点着色器的属性上。我们需要告诉 OpenGL 怎么做。

链接顶点属性​

顶点着色器允许我们指定任何以顶点属性为形式的输入。这使其具有很强的灵活性的同时，它还的确意味着我们必须手动指定输入数据的哪一个部分对应顶点着色器的哪一个顶点属性。所以，我们必须在渲染前指定 OpenGL 该如何解释顶点数据。

var (
    triangle = []float32{
        0, 0.5, 0, // top
        -0.5, -0.5, 0, // left
        0.5, -0.5, 0, // right
    }
)

我们的顶点缓冲数据会被解析为下面这样子：

  • 位置数据被储存为 32 位（4字节）浮点值。
  • 每个位置包含 3 个这样的值。
  • 在这 3 个值之间没有空隙（或其他值）。这几个值在数组中紧密排列(Tightly Packed)。
  • 数据中第一个值在缓冲开始的位置。

有了这些信息我们就可以使用 gl.VertexAttribPointer 函数告诉 OpenGL 该如何解析顶点数据（应用到逐个顶点属性上）了：

// 连接顶点属性
gl.VertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, nil)
gl.EnableVertexAttribArray(0)

gl.VertexAttribPointer 函数的参数非常多

第一个参数指定我们要配置的顶点属性。还记得我们在顶点着色器中使用 layout(location = 0) 定义了 position 顶点属性的位置值(Location)吗？它可以把顶点属性的位置值设置为 0。因为我们希望把数据传递到这一个顶点属性中，所以这里我们传入 0。

每个顶点属性从一个 VBO 管理的内存中获得它的数据，而具体是从哪个 VBO（程序中可以有多个 VBO）获取则是通过在调用 gl.VertexAttribPointer 时绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 的 VBO 决定的。由于在调用 gl.VertexAttribPointer 之前绑定的是先前定义的 VBO 对象，顶点属性 0 现在会链接到它的顶点数据。

第二个参数指定顶点属性的大小。顶点属性是一个 vec3，它由 3 个值组成，所以大小是 3。

第三个参数指定数据的类型，这里是 FLOAT(GLSL 中 vec* 都是由浮点数值组成的)。

第四个参数定义我们是否希望数据被标准化(Normalize)。如果我们设置为 TRUE，所有数据都会被映射到 0（对于有符号型 signed数据是 -1）到 1 之间。我们把它设置为 FALSE。

第五个参数叫做步长(Stride)，它告诉我们在连续的顶点属性组之间的间隔。默认 0

最后一个参数它表示位置数据在缓冲中起始位置的偏移量(Offset)。由于位置数据在数组的开头，所以这里是 0。（因为这里传入的是一个指针，所以直接 nil 就好了）

现在我们已经定义了 OpenGL 该如何解释顶点数据，我们现在应该使用 gl.EnableVertexAttribArray，以顶点属性位置值作为参数，启用顶点属性；顶点属性默认是禁用的。

自此，所有东西都已经设置好了：我们使用一个顶点缓冲对象将顶点数据初始化至缓冲中，建立了一个顶点和一个片段着色器，并告诉了 OpenGL 如何把顶点数据链接到顶点着色器的顶点属性上。在 OpenGL 中绘制一个物体，代码会像是这样：

// 0. 复制顶点数组到缓冲中供OpenGL使用
gl.BindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo)//把新创建的缓冲绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 目标
gl.BufferData(gl.ARRAY_BUFFER, 4*len(points), gl.Ptr(points), gl.STATIC_DRAW)//把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲

// 1. 连接顶点属性
gl.VertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, nil)
gl.EnableVertexAttribArray(0)

// 2. 当我们渲染一个物体时要使用着色器程序
gl.UseProgram(shaderProgram)

// 3. 绘制物体
someOpenGLFunctionThatDrawsOurTriangle()

每当我们绘制一个物体的时候都必须重复这一过程。这看起来可能不多，但是如果有超过 5 个顶点属性，上百个不同物体呢（这其实并不罕见）。绑定正确的缓冲对象，为每个物体配置所有顶点属性很快就变成一件麻烦事。有没有一些方法可以使我们把所有这些状态配置储存在一个对象中，并且可以通过绑定这个对象来恢复状态呢？

快速理解 VBO 和 VAO​

OpenGL 在画画的时候，要用到很多的信息，如顶点的坐标、纹理、颜色等等.... 假如一个顶点包含了坐标和颜色的信息，那么这个顶点处的数据格式可能如下：

x, y, z, r, g, b

这些值会被存储在一个叫 VBO (vertex buffer object)的地方。

因而，可以把 VBO 理解成一个数据区域，这里面存放了渲染所需要的一切信息。但需要注意的是，数据在 VBO 里面的时候，OpenGL 是并不知道这里面的每个数据所代表的具体含义的，只是一堆数值罢了。

这时候，VAO(vertex array object)就派上用场了。

VAO 指定了读取 VBO 的方式~~

假如VBO里面现在存放了如下的内容：

x0, y0, z0, r0, g0, b0

x1, y1, z1, r1, g1, b1

x2, y2, z2, r2, g2, b2

VAO 可以定义一种格式说，我每次只取 VBO 里面的 x,y,z 的值；也可以定义一种格式说，每次只取 VBO 里面的 r,g,b 的值。这样我们就可以在渲染的时候，绑定不同的 VAO，实现按照不同的格式将 VBO 里面的东西渲染出来~

顶点数组对象-VAO​

顶点数组对象(Vertex Array Object, VAO) 可以像顶点缓冲对象那样被绑定，任何随后的顶点属性调用都会储存在这个 VAO 中。这样的好处就是，当配置顶点属性指针时，你只需要将那些调用执行一次，之后再绘制物体的时候只需要绑定相应的 VAO 就行了。

这使在不同顶点数据和属性配置之间切换变得非常简单，只需要绑定不同的 VAO 就行了。刚刚设置的所有状态都将存储在 VAO 中

一个顶点数组对象会储存以下这些内容：

gl.EnableVertexAttribArray 和 gl.DisableVertexAttribArray 的调用。 通过 gl.VertexAttribPointer 设置的顶点属性配置。 通过 gl.VertexAttribPointer 调用与顶点属性关联的顶点缓冲对象。

创建一个 VAO 和创建一个 VBO 很类似：

var vao uint32
gl.GenVertexArrays(1,&vao)

要想使用 VAO，要做的只是使用 gl.BindVertexArray 绑定 VAO。从绑定之后起，我们应该绑定和配置对应的 VBO 和属性指针，之后解绑 VAO 供之后使用。当我们打算绘制一个物体的时候，我们只要在绘制物体前简单地把 VAO 绑定到希望使用的设定上就行了。这段代码应该看起来像这样：

// ..:: 初始化代码（只运行一次 (除非你的物体频繁改变)） :: ..
// 1. 绑定VAO
gl.BindVertexArray(vao)

// 2. 把顶点数组复制到缓冲中供 OpenGL 使用
gl.BindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo)
gl.BufferData(gl.ARRAY_BUFFER, 4*len(points), gl.Ptr(points), gl.STATIC_DRAW)

// 3. 设置顶点属性指针
gl.VertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, nil)
gl.EnableVertexAttribArray(0)

[...]

// ..:: 绘制代码（渲染循环中） :: ..
// 4. 绘制物体
gl.UseProgram(shaderProgram)
gl.BindVertexArray(vao)

someOpenGLFunctionThatDrawsOurTriangle()

一个储存了我们顶点属性配置和应使用的 VBO 的顶点数组对象。一般当你打算绘制多个物体时，你首先要生成/配置所有的 VAO（和必须的 VBO 及属性指针），然后储存它们供后面使用。当我们打算绘制物体的时候就拿出相应的 VAO，绑定它，绘制完物体后，再解绑 VAO。

绘制三角形​

OpenGL 给我们提供了 gl.DrawArrays 函数，它使用当前激活的着色器，之前定义的顶点属性配置，和 VBO 的顶点数据（通过 VAO 间接绑定）来绘制图元。

gl.UseProgram(shaderProgram)
gl.BindVertexArray(vao)
gl.DrawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3)

gl.DrawArrays 函数第一个参数是我们打算绘制的 OpenGL 图元的类型。绘制的是一个三角形，这里传递 GL_TRIANGLES 给它。

第二个参数指定了顶点数组的起始索引，我们这里填 0。

最后一个参数指定我们打算绘制多少个顶点，这里是 3（我们只从我们的数据中渲染一个三角形，它只有 3 个顶点长）。

索引缓冲对象​

再补充一个内容：索引缓冲对象(Element Buffer Object，EBO，也叫Index Buffer Object，IBO)。

要解释索引缓冲对象的工作方式最好还是举个例子：假设我们不再绘制一个三角形而是绘制一个矩形。我们可以绘制两个三角形来组成一个矩形（OpenGL 主要处理三角形）。这会生成下面的顶点的集合：

var (
    square = []float32{
        // 第一个三角形
        0.5, 0.5, 0.0, // 右上角
        0.5, -0.5, 0.0, // 右下角
        -0.5, 0.5, 0.0, // 左上角
        // 第二个三角形
        0.5, -0.5, 0.0, // 右下角
        -0.5, -0.5, 0.0, // 左下角
        -0.5, 0.5, 0.0, // 左上角
    }
)

可以看到，有几个顶点叠加了。我们指定了右下角和左上角两次！一个矩形只有 4 个而不是 6 个顶点，这样就产生 50% 的额外开销。当我们有包括上千个三角形的模型之后这个问题会更糟糕，这会产生一大堆浪费。更好的解决方案是只储存不同的顶点，并设定绘制这些顶点的顺序。这样子我们只要储存 4 个顶点就能绘制矩形了，之后只要指定绘制的顺序就行了。

索引缓冲对象的工作方式正是这样的。和顶点缓冲对象一样，EBO 也是一个缓冲，它专门储存索引，OpenGL 调用这些顶点的索引来决定该绘制哪个顶点。

首先，我们先要定义（不重复的）顶点，和绘制出矩形所需的索引：

var (
    square = []float32{
        0.5, 0.5, 0.0, // 右上角
        0.5, -0.5, 0.0, // 右下角
        -0.5, -0.5, 0.0, // 左下角
        -0.5, 0.5, 0.0, // 左上角
    }

    indices = []int32{ // 注意索引从0开始!
        0, 1, 3, // 第一个三角形
        1, 2, 3, // 第二个三角形
    }
)

你可以看到，当时用索引的时候，我们只定义了 4 个顶点，而不是 6 个。下一步我们需要创建索引缓冲对象：

var ebo uint32
gl.GenBuffers(1, &vbo)

与 VBO 类似，我们先绑定 EBO 然后用 gl.BufferData 把索引复制到缓冲里。同样，和 VBO 类似，我们会把这些函数调用放在绑定和解绑函数调用之间，只不过这次我们把缓冲的类型定义为 ELEMENT_ARRAY_BUFFER。

gl.BindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ebo)
gl.DrawElements(gl.TRIANGLES, 6, gl.UNSIGNED_INT, nil)

第一个参数指定了我们绘制的模式，这个和 glDrawArrays 的一样。

第二个参数是我们打算绘制顶点的个数，这里填 6，也就是说我们一共需要绘制 6 个顶点。第三个参数是索引的类型，这里是GL_UNSIGNED_INT。

最后一个参数里我们可以指定 EBO 中的偏移量

gl.DrawElements 函数从当前绑定到 ELEMENT_ARRAY_BUFFER 目标的 EBO 中获取索引。这意味着我们必须在每次要用索引渲染一个物体时绑定相应的 EBO，这还是有点麻烦。

不过顶点数组对象同样可以保存索引缓冲对象的绑定状态。VAO 绑定时正在绑定的索引缓冲对象会被保存为 VAO 的元素缓冲对象。绑定 VAO 的同时也会自动绑定 EBO。

运行程序会获得下面这样的图片的结果。

线框矩形可以显示出矩形的确是由两个三角形组成的。

完整的代码​

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "runtime"
    "strings"

    "github.com/go-gl/gl/v3.3-core/gl"
    "github.com/go-gl/glfw/v3.2/glfw"
)

const (
    WIDTH  = 500
    HEIGHT = 500
)

var (
    square = []float32{
        0.5, 0.5, 0.0, // 右上角
        0.5, -0.5, 0.0, // 右下角
        -0.5, -0.5, 0.0, // 左下角
        -0.5, 0.5, 0.0, // 左上角
    }

    indices = []uint32{ // 注意索引从0开始!
        0, 1, 3, // 第一个三角形
        1, 2, 3, // 第二个三角形
    }
)

const vertexShaderSource = `
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;

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

const fragmentShaderSource = `
#version 330 core
out vec4 FragColor;

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

func main() {
    runtime.LockOSThread()
    window := initGlfw()
    defer glfw.Terminate()
    program := initOpenGL()

    // 必须告诉 OpenGL 渲染窗口的尺寸大小，即视口(Viewport)，这样 OpenGL 才只能知道怎样根据窗口大小显示数据和坐标。
    gl.Viewport(0, 0, WIDTH, HEIGHT) // 起点为左下角
    // 窗口大小被改变的回调函数
    window.SetFramebufferSizeCallback(framebuffer_size_callback)

    vao, vbo, ebo := makeVao(square, indices)
    gl.PolygonMode(gl.FRONT_AND_BACK, gl.FILL) // LINE 是线框模式

    //渲染循环
    for !window.ShouldClose() {
        //用户输入
        processInput(window)
        draw(vao, window, program)
    }

    gl.DeleteVertexArrays(1, &vao)
    gl.DeleteBuffers(1, &vbo)
    gl.DeleteBuffers(1, &ebo)
    gl.DeleteProgram(program)
}

func draw(vao uint32, window *glfw.Window, program uint32) {
    gl.ClearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0) //状态设置
    gl.Clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT)

    gl.UseProgram(program)

    // 绑定对应的 VAO 并绘制图形
    gl.BindVertexArray(vao)
    // glDrawElements 的第二个参数是count
    gl.DrawElements(gl.TRIANGLES, 6, gl.UNSIGNED_INT, nil)
    // gl.DrawArrays(gl.TRIANGLES, 0, int32(len(square)/3))
    gl.BindVertexArray(0)

    glfw.PollEvents()
    window.SwapBuffers()
}

// initGlfw initializes glfw and returns a Window to use.
func initGlfw() *glfw.Window {
    if err := glfw.Init(); err != nil {
        panic(err)
    }

    // 通过这些枚举值来设置 GLFW 的参数
    glfw.WindowHint(glfw.Resizable, glfw.False)                 // 设置窗口大小无法修改
    glfw.WindowHint(glfw.ContextVersionMajor, 3)                // OpenGL最大版本
    glfw.WindowHint(glfw.ContextVersionMinor, 3)                // OpenGl 最小版本
    glfw.WindowHint(glfw.OpenGLProfile, glfw.OpenGLCoreProfile) // 明确核心模式
    glfw.WindowHint(glfw.OpenGLForwardCompatible, glfw.True)    // Mac使用时需要加上

    window, err := glfw.CreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "LearnOpenGL", nil, nil)
    log.Println("created window")
    if window == nil || err != nil {
        panic(err)
    }

    window.MakeContextCurrent() // 通知 glfw 将当前窗口上下文绑定到当前线程的上下文
    return window
}

// initOpenGL initializes OpenGL and returns an intiialized program.
func initOpenGL() uint32 {
    if err := gl.Init(); err != nil {
        panic(err)
    }
    version := gl.GoStr(gl.GetString(gl.VERSION))
    log.Println("OpenGL version", version)

    vertexShader, err := compileShader(vertexShaderSource, gl.VERTEX_SHADER)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    fragmentShader, err := compileShader(fragmentShaderSource, gl.FRAGMENT_SHADER)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    prog := gl.CreateProgram()
    gl.AttachShader(prog, vertexShader)
    gl.AttachShader(prog, fragmentShader)
    gl.LinkProgram(prog)
    return prog
}

// makeVao initializes and returns a vertex array from the points provided.
func makeVao(points []float32, idxs []uint32) (uint32, uint32, uint32) {
    var vbo, ebo, vao uint32
    gl.GenBuffers(1, &vbo)
    gl.GenBuffers(1, &ebo)
    gl.GenVertexArrays(1, &vao)

    // 1. 绑定顶点数组对象
    gl.BindVertexArray(vao)

    // 2. 把我们的顶点数组复制到一个顶点缓冲中，供 OpenGL 使用
    gl.BindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo)
    gl.BufferData(gl.ARRAY_BUFFER, 4*len(points), gl.Ptr(points), 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
    gl.BindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ebo)
    gl.BufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 4*len(idxs), gl.Ptr(idxs), gl.STATIC_DRAW)

    // 4. 设定顶点属性指针
    gl.VertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, nil)
    gl.EnableVertexAttribArray(0)

    return vao, vbo, ebo
}

func compileShader(source string, shaderType uint32) (uint32, error) {
    shader := gl.CreateShader(shaderType)
    csources, free := gl.Strs(source + "\x00")
    gl.ShaderSource(shader, 1, csources, nil)
    free()
    gl.CompileShader(shader)

    var status int32
    gl.GetShaderiv(shader, gl.COMPILE_STATUS, &status)

    if status == gl.FALSE {
        var logLength int32
        gl.GetShaderiv(shader, gl.INFO_LOG_LENGTH, &logLength)
        // 将某个字符串重复我们可以通过 for 循环 加上字符串拼接来实现。但 Golang 中，提供了一个更简便的方法，即 Strings.Repeat() 。
        // \x00 表示 ascii 码为 0 的字符，这里用来表示字符串的结尾
        log := strings.Repeat("\x00", int(logLength+1))
        gl.GetShaderInfoLog(shader, logLength, nil, gl.Str(log))

        return 0, fmt.Errorf("failed to compile %v: %v", source, log)
    }

    return shader, nil
}

// 监听进程输入
func processInput(window *glfw.Window) {
    if window.GetKey(glfw.KeyEscape) == glfw.Press {
        log.Println("escape pressed")
        window.SetShouldClose(true)
    }
}

// 在调整指定窗口的帧缓冲区大小时调用。
func framebuffer_size_callback(window *glfw.Window, width int, height int) {
    log.Printf("resize width:%d, height:%d", width, height)
    gl.Viewport(0, 0, int32(width), int32(height))
}

References​

OpenGL & Go Tutorial Part 1: Hello, OpenGL learnopengl 如何正确理解 opengl 的 vao ？ - 禾惠的回答 - 知乎