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在 OpenGL 4 中替换 glMatrixMode（）？

一、说明

   OpenGL 版本 3.x和OpenGL 版本 4.x的版本有很大不同，在OpenGL 版本 3.x中使用的glMatrixMode在OpenGL 版本 4.x已经弃用，那么如何实现原glMatrixMode实现功能呢？是使用统一变量完成的。本篇将讨论如何在OpenGL 版本 4.x中替换OpenGL 版本 3.x中glMatrixMode的功能。

二、 glMatrixMode在OpenGL 版本 3.x 中使用

   在 OpenGL 版本 3.x 中glMatrixMode()，该函数指定哪个矩阵是当前矩阵，即哪个矩阵堆栈当前是基于参数的所有矩阵操作的目标，选项为 GL_PROJECTION、GL_MODELVIEW 和GL_TEXTURE 。

   问题1：glMatrixMode()已在 OpenGL 版本 4.x 中弃用。我试图找到在 4.x 中执行相同效果的等效方法，但没有成功。我怀疑 OpenGL 4 的理念发生了变化，而我没注意到这一点。在 OpenGL 版本 4.x 中如何执行glMatrixMode()等效操作？

   问题2：glMatrixMode甚至在 OpenGL 4 到来之前，它就是一个遗留功能。由于它仅适用于即时模式，因此没有得到很好的支持。

   问题3：值得注意的是，glMatrixMode 为其指定当前矩阵的其他矩阵堆栈调用也被弃用/删除，因此保留 glMatrixMode 毫无意义。但是，如果 OP 只希望将旧代码与新式驱动程序一起使用，则解决方案很简单：只需创建一个兼容性上下文，这些调用将再次可用。

   问题4：您需要学习可编程流水线。它使用着色器而不是预定义的效果（例如，您需要创建自己的基于距离的雾，而不是简单地要求视频卡来执行）。它显然更难使用，但性能上的收益远远超过了负面影响。

三、 在OpenGL 版本 4.x 中如何实现glMatrixMode功能？

   对于学习现代 OpenGL 如何在没有的情况下做事非常有帮助：【openGL教程 11 】关于坐标系统

   其实，在旧版 OpenGL 实现了一系列转换矩阵，允许您定义如何转换顶点以从世界空间到屏幕空间。而无需 glMatrixMode（）函数。

通常，该公式如下所示：

$$Ve{c}_{screen}=Ma{t}_{projection}\times Ma{t}_{view}\times Ma{t}_{model}\times Ve{c}_{local}$$
   因此，您会看到传统 OpenGL 的内置矩阵函数允许您在各自的模式处于活动状态时修改这些矩阵。 GL_PROJECTION将是投影和视图矩阵的乘积，并且GL_MODELVIEW是堆栈上的当前模型矩阵。

   现代 OpenGL 完全取消了内置矩阵，现在由程序员来实现从世界空间到屏幕空间的转换。这正是顶点着色器的作用！它为程序员提供了更多的控制和自由，一旦你掌握了着色器的基础知识，实现起来就很容易了。

   下面是一个 GLSL 顶点着色器，实现了顶点从模型空间到屏幕空间的转换：（摘自【openGL教程 11 】关于坐标系统）

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
...
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    // note that we read the multiplication from right to left
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
    ...
}

   每当您想要绘制具有特定世界空间变换的模型时，您只需在统一变量model中提供该模型的局部变换，而您的相机实现通常会提供其他两个矩阵。

四、一个具体问题如何实现？

   我有一个渲染的球体，当它围绕中心位于世界坐标 （0， 0， 0）的椭圆轨道旋转时。我想加一个自转，绕 z 倾斜并绕局部 y 轴旋转。我可以做所有这些，只是我必须累积而不是增量地围绕局部 y 轴进行旋转，这样旋转就会呈现为抖动效果。对于每个渲染循环，我都从一个单位模型矩阵开始，将其转换为轨道位置，倾斜它，然后使用 glm 函数将其累积旋转到新的累积轴向位置。我还没有想出消除抖动的方法。有什么建议吗？

   在现代 OpenGL 中，您可以定义要用作加载的着色器程序的一部分的任何矩阵。习惯编写着色器代码的想法。我知道这很可怕。我保证，这还不错。

   具体而言，您需要将它们定义为“统一变量”，即着色器可用的数据（但不与顶点关联）。您可以将其他数据作为“统一变量”传递，包括矩阵的逆数据，以备不时之需…

   例如，我的一些着色器代码是这样开始的：

#version 330 core

uniform vec2 resolution;
uniform float time;

uniform mat4 projection;
uniform mat4 inverseProjection;
uniform mat4 view;
uniform mat4 inverseView;   
// ...

   在这里，我将屏幕大小作为 vec2 分辨率传递，将当前时间作为用于在 GPU 中进行动画处理的浮点数传递，然后传递一些 mat4，每个传递矩阵都是一个变换矩阵。

   那么，我们如何指定我们要设置的统一变量呢？

• 我们将使用着色器程序的 id（作为设置着色器过程的一部分从 glCreateProgram 获得）和所需制服的字符串名称来调用 glGetUniformLocation。

• 然后，根据所需的数据类型调用 glUniform 函数，并传递从 glGetUniformLocation 获取的位置。

• 由于我们将设置 mat4，因此我们将调用 glUniformMatrix4fv。你会发现，如果你想在设置矩阵时转置矩阵，你还需要指定一个bool（以防万一你使用的是行主序，但OpenGL想要列主序）。

例：

// Get the location of the matrix you want to set
int modelLocation = glGetUniformLocation(shader_id, "model");
// Set it
glUniformMatrix4fv(modelLocation, 1, false, model[0]);
//                 ^              ^  ^      ^
//                 |              |  |      |
//                 |              |  |      pointer to the start of the matrix
//                 |              |  no, do not transpose my matrix
//                 |              only take one matrix from that pointer, thank you
//                 the location on the shader program where we are setting...
//                 ... that identifies what uniform we are setting

哦，对了，你可以有一个数组mat4作为 uniform，例如：

// somewhere in the shader header
uniform mat4 bones[10];

   然后在代码中设置它：

int bonesLocation = glGetUniformLocation(shader_id, "bones");
glUniformMatrix4fv(bonesLocation, 10, false, bones[0]);
//                                ^
//                                |
//                                Take 10 mat4

   在处理光照，也可以雷同的手法，如我目前正在编写一个光线投射器，我有这样的代码：

// ...
gl_Position = vec4(position.xy, 0.0, 1.0);
cameraRayDirection = ((inverseView * inverseProjection) * gl_Position).xyz;
cameraRayPosition = (inverseView * vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)).xyz;
// ...

五、结论

   从顶点着色器对几何处理，这是官方手册所提倡的，这无形中提高的编程人员的困难，正是因为这些困难存在，也使得现代渲染技术变得更加可贵。