图形渲染管线

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。

着色器

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。

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。
着色器（Shader）是运行在GPU上的小程序。这些小程序为图形渲染管线的某个特定部分而运行。从基本意义上来说，着色器只是一种把输入转化为输出的程序。着色器也是一种非常独立的程序，因为它们之间不能相互通信；它们之间唯一的沟通只有通过输入和输出。
图形渲染管线的第一个部分是顶点着色器，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，同时顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。
图元装配阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入，并所有的点装配成指定图元的形状（比如三角形）。
图元装配阶段的输出会传递给几何着色器。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，不如三角形。
几何着色器的输出会被传入光栅化阶段，这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器使用的片段。在片段着色器运行之前会执行裁切。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，我们叫做Alpha测试和混合阶段。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值并对物体进行混合。所以，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。
图形渲染管线非常复杂，它包含很多可配置的部分。然而，对于大多数场合，我们只需要配置顶点和片段着色器就行了。几何着色器是可选的，通常使用它默认的着色器就行了。

封装着色器类

为了方便使用着色器，避免代码冗余，应当封装着色器类 CShader。使用着色器时，在构造函数中输入顶点着色器 shader.vert 和片段着色器 shader.frag 的文件路径进行初始化，调用 CShader::activate() 激活着色器。

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#ifndef SHADER_H
#define SHADER_H
#include<glad/glad.h>
#include<string>
#include<fstream>
#include<iostream>
#include<sstream>
class CShader {
public:
	//构造器构建着色器
	CShader(const GLchar* vertexPath, const GLchar* fragmentPath) {
		//从文件路径中获取顶点/片段着色器
		std::string vertexCode;
		std::string fragmentCode;
		std::ifstream vShaderFile;
		std::ifstream fShaderFile;
		//保证ifstream可以抛出异常
		vShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
		fShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
		try {
			//打开文件
			vShaderFile.open(vertexPath);
			fShaderFile.open(fragmentPath);
			std::stringstream vShaderStream;
			std::stringstream fShaderStream;
			//读取文件的缓冲内容到数据流中
			//rdbuf()实现一个流对象指向的内容用另一个流对象输出
			vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
			fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();
			//关闭文件
			vShaderFile.close();
			fShaderFile.close();
			//转换数据到string
			vertexCode = vShaderStream.str();
			fragmentCode = fShaderStream.str();
		} catch (std::ifstream::failure e) {
			std::cerr << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCEFULLY_READ" << std::endl;
		}
		const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();
		const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();
		//开始编译着色器
		GLuint vertex, fragment;
		GLint success;
		//顶点着色器
		vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
		glShaderSource(vertex, 1, &vShaderCode, nullptr);
		glCompileShader(vertex);
		//打印编译错误
		glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success);
		if (!success) {
			char infoLog[512];
			glGetShaderInfoLog(vertex, 512, nullptr, infoLog);
			std::cerr << "ERROR::SHADER::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
		}
		//片段着色器
		fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
		glShaderSource(fragment, 1, &fShaderCode, nullptr);
		glCompileShader(fragment);
		glGetShaderiv(fragment, GL_COMPILE_STATUS, &success);
		if (!success) {
			char infoLog[512];
			glGetShaderInfoLog(fragment, 512, nullptr, infoLog);
			std::cerr << "ERROR::SHADER::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
		}
		ID = glCreateProgram();
		glAttachShader(ID, vertex);
		glAttachShader(ID, fragment);
		glLinkProgram(ID);
		//打印连接错误
		glGetProgramiv(ID, GL_LINK_STATUS, &success);
		if (!success) {
			char infoLog[512];
			glGetProgramInfoLog(ID, 512, nullptr, infoLog);
			std::cerr << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
		}
		//删除着色器
		glDeleteShader(vertex);
		glDeleteShader(fragment);
	}
	~CShader() {
		glDeleteProgram(ID);
	}
	//激活程序
	void activate() {
		glUseProgram(ID);
	}
	//获取ID
	GLuint getID()const {
		return ID;
	}
	//uniform工具函数
	void setValue(const std::string& name, bool value)const {
		glUniform1i(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), (int)value);
	}
	void setValue(const std::string& name, int value)const {
		glUniform1i(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), value);
	}
	void setValue(const std::string& name, float value)const {
		glUniform1f(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), value);
	}
private:
	//程序ID
	GLuint ID;
};
#endif SHADER_H