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c++如何用OpenGL进行3D渲染 c++图形学入门【教程】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-01-04 13:35:02

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来源于php中文网

原创

C++配合OpenGL做3D渲染的核心是构建图形上下文、定义顶点数据、编写着色器、传输数据至GPU并绘制;需用GLAD加载函数、GLFW创建窗口,以现代核心模式(3.3+)为基础,从绘制三角形入手,再引入GLM矩阵变换与stb_image纹理加载。

c++如何用opengl进行3d渲染 c++图形学入门【教程】

用C++配合OpenGL做3D渲染,核心是搭建可运行的图形上下文、定义顶点数据、编写着色器(Shader)、将数据送入GPU并绘制。它不依赖特定框架,但需要基础工具链支持——重点不是“学完就能做游戏”,而是理解管线如何把三维点变成屏幕上的像素。

准备环境:GLAD + GLFW 是最轻量的起点

现代OpenGL(3.3+)不自带函数指针加载,必须用GLAD这类库动态获取;窗口和输入靠GLFW处理。别用旧版glutfreeglut,它们不支持核心模式,也难调试。

  • 下载GLAD:选OpenGL API = 3.3Profile = Core、生成C/C++代码,把glad.c加进工程,头文件路径包含include/
  • 用CMake或手动链接GLFW库(预编译二进制即可),确保glfwInit()成功后再调gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)
  • 验证是否启用核心模式:创建窗口时指定glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3); glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3); glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

写一个最简三角形:顶点+着色器+绘图循环

3D渲染第一步永远是画出一个三角形——它验证了整个管线:CPU传数据 → GPU执行顶点/片元着色器 → 光栅化输出。跳过这步容易卡在黑屏却不知哪错。

  • 顶点数据用float数组定义三个点(如-0.5f, -0.5f, 0.0f),绑定到VAO/VBO:先glGenVertexArrays(1, &VAO),再glBindVertexArray(VAO),接着生成VBO、glBufferData上传、用glVertexAttribPointer告诉GPU怎么解析(3个float一组,无偏移)
  • 着色器用字符串硬编码或从文件读取:顶点着色器必须有layout (location = 0) in vec3 aPos;gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);;片元着色器输出out vec4 FragColor;FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);
  • 渲染循环里:清屏(glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT))、使用着色器程序(glUseProgram(shaderProgram))、绑定VAO、调glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3)、交换缓冲(glfwSwapBuffers(window)

加入变换:用GLM做矩阵运算,告别硬编码坐标

直接改顶点坐标只能画固定图形。要旋转、缩放、移动,就得用模型(Model)、观察(View)、投影(Projection)三类矩阵——手算易错,用GLM库(glm::mat4)最稳妥。

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  • 投影矩阵用glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)width/(float)height, 0.1f, 100.0f)生成透视效果;观察矩阵用glm::lookAt(eye, center, up)模拟相机位置
  • 顶点着色器里加uniform mat4 u_MVP;,CPU端用glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shader, "u_MVP"), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(mvp))传入组合好的MVP矩阵
  • 注意矩阵乘法顺序:MVP = projection * view * model,GLSL中gl_Position = u_MVP * vec4(aPos, 1.0);

加载纹理:让物体表面有细节

纯色太单调。纹理本质是把一张2D图像映射到3D表面,关键在UV坐标和采样设置。

  • 顶点加两个float表示UV(如0.0f, 0.0f),VBO里按顺序穿插位置+UV数据,着色器中声明in vec2 aTexCoord;并传给片元着色器
  • 用stb_image.h加载图片(支持PNG/JPG),注意stbi_set_flip_vertically_on_load(true)——OpenGL纹理坐标原点在左下,而多数图片原点在左上
  • 生成纹理对象:glGenTextures(1, &texture); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);,设置过滤方式(GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR)和包裹模式(GL_REPEAT),最后调glTexImage2D上传像素
  • 片元着色器里用uniform sampler2D u_Texture;texture(u_Texture, TexCoord)采样,结果直接赋给FragColor

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