Hallo GLES3-Beispiel

Veranschaulicht OpenGL ES 3.0-Funktionen mithilfe von „ QOpenGLExtraFunctions “.

Screenshot, der mehrere 3D-Objekte zeigt, die ein Symbol bilden

Übersicht

Dieses Beispiel veranschaulicht die einfache, plattformübergreifende Nutzung von OpenGL ES 3.0-Funktionen über QOpenGLExtraFunctions in einer Anwendung, die auf Desktop-Plattformen mit OpenGL 3.3 und auf mobilen/eingebetteten Geräten mit OpenGL ES 3.0 identisch funktioniert.

Dieses Beispiel hat keine Abhängigkeiten zu „ QWidget “, sondern verwendet „ QOpenGLWindow “, eine Komfort-Unterklasse von „ QWindow “, die die einfache Implementierung von Fenstern ermöglicht, die mit OpenGL gerenderte Inhalte enthalten. In diesem Sinne ergänzt es das OpenGL-Fenster-Beispiel, das die Implementierung eines OpenGL-basierten „ QWindow “ ohne Verwendung der Komfort-Unterklasse zeigt.

Die Implementierung der Qt-Logo-Form stammt aus dem „Hello GL2“-Beispiel.

In anderen Aspekten der OpenGL-Nutzung gibt es die folgenden Unterschiede.

Die Erstellung des OpenGL-Kontexts muss eine ausreichend hohe Versionsnummer aufweisen, um die verwendeten Funktionen zu unterstützen.
Die Versionsanweisung des Shaders ist unterschiedlich.

Einrichtung in main.cpp

Hier instanziieren wir unser ` QGuiApplication` und `QSurfaceformat` und legen deren ` depth buffer size` fest:

int main(int argc, char *argv[])
{
    QGuiApplication app(argc, argv);

    QSurfaceFormat fmt;
    fmt.setDepthBufferSize(24);

Je nach Aufruf von ` QOpenGLContext::openGLModuleType()` fordern wir einen OpenGL 3.3-Core- oder einen OpenGL ES 3.0-Kontext an:

   if (QOpenGLContext::openGLModuleType()== QOpenGLContext::LibGL) {
        qDebug("Requesting 3.3 core context");
        fmt.setVersion(3, 3);
        fmt.setProfile(QSurfaceFormat::CoreProfile);
    } else {
        qDebug("Requesting 3.0 context");
        fmt.setVersion(3, 0);
    }

    QSurfaceFormat::setDefaultFormat(fmt);

Wir legen das Standard-Oberflächenformat fest und instanziieren unser GLWindow glWindow.

Implementierung von GLWindow

Diese Klasse stellt die Funktionen der Beispielanwendung bereit.

Zunächst wird „ GLWindow “ durch die Implementierung einer Unterklasse von „ QOpenGLWindow “ deklariert:

class GLWindow : public QOpenGLWindow

Die folgenden Eigenschaften werden mithilfe von ` Q_PROPERTY` deklariert:

{
    Q_OBJECT
    Q_PROPERTY(float z READ z WRITE setZ)
    Q_PROPERTY(float r READ r WRITE setR)
    Q_PROPERTY(float r2 READ r2 WRITE setR2)

Die folgenden öffentlichen Funktionen werden deklariert:

public:
    GLWindow();
    ~GLWindow();

    void initializeGL();
    void resizeGL(int w, int h);
    void paintGL();

    float z() const { return m_eye.z(); }
    void setZ(float v);

    float r() const { return m_r; }
    void setR(float v);
    float r2() const { return m_r2; }
    void setR2(float v);

Die folgenden privaten Objekte werden deklariert:

private slots:
    void startSecondStage();
private:
    QOpenGLTexture *m_texture = nullptr;
    QOpenGLShaderProgram *m_program = nullptr;
    QOpenGLBuffer *m_vbo = nullptr;
    QOpenGLVertexArrayObject *m_vao = nullptr;
    Logo m_logo;
    int m_projMatrixLoc = 0;
    int m_camMatrixLoc = 0;
    int m_worldMatrixLoc = 0;
    int m_myMatrixLoc = 0;
    int m_lightPosLoc = 0;
    QMatrix4x4 m_proj;
    QMatrix4x4 m_world;
    QVector3D m_eye;

Auf der Implementierungsseite werden jene Funktionen, die nicht inline deklariert sind, in „ glwindow.cpp “ implementiert (oder neu implementiert). Die folgenden Abschnitte behandeln Implementierungsdetails im Zusammenhang mit der Verwendung von OpenGL ES 3.0.

Animationen

Der folgende Code bezieht sich auf die Animationen und wird hier nicht näher behandelt:

GLWindow::GLWindow()
{
    m_world.setToIdentity();
    m_world.translate(0, 0, -1);
    m_world.rotate(180, 1, 0, 0);

    QSequentialAnimationGroup *animGroup = new QSequentialAnimationGroup(this);
    animGroup->setLoopCount(-1);
    QPropertyAnimation *zAnim0 = new QPropertyAnimation(this, QByteArrayLiteral("z"));
    zAnim0->setStartValue(1.5f);
    zAnim0->setEndValue(10.0f);
    zAnim0->setDuration(2000);
    animGroup->addAnimation(zAnim0);
    QPropertyAnimation *zAnim1 = new QPropertyAnimation(this, QByteArrayLiteral("z"));
    zAnim1->setStartValue(10.0f);
    zAnim1->setEndValue(50.0f);
    zAnim1->setDuration(4000);
    zAnim1->setEasingCurve(QEasingCurve::OutElastic);
    animGroup->addAnimation(zAnim1);
    QPropertyAnimation *zAnim2 = new QPropertyAnimation(this, QByteArrayLiteral("z"));
    zAnim2->setStartValue(50.0f);
    zAnim2->setEndValue(1.5f);
    zAnim2->setDuration(2000);
    animGroup->addAnimation(zAnim2);
    animGroup->start();

    QPropertyAnimation* rAnim = new QPropertyAnimation(this, QByteArrayLiteral("r"));
    rAnim->setStartValue(0.0f);
    rAnim->setEndValue(360.0f);
    rAnim->setDuration(2000);
    rAnim->setLoopCount(-1);
    rAnim->start();

    QTimer::singleShot(4000, this, &GLWindow::startSecondStage);
}

GLWindow::~GLWindow()
{
    makeCurrent();
    delete m_texture;
    delete m_program;
    delete m_vbo;
    delete m_vao;
}

void GLWindow::startSecondStage()
{
    QPropertyAnimation* r2Anim = new QPropertyAnimation(this, QByteArrayLiteral("r2"));
    r2Anim->setStartValue(0.0f);
    r2Anim->setEndValue(360.0f);
    r2Anim->setDuration(20000);
    r2Anim->setLoopCount(-1);
    r2Anim->start();
}

void GLWindow::setZ(float v)
{
    m_eye.setZ(v);
    m_uniformsDirty = true;
    update();
}

void GLWindow::setR(float v)
{
    m_r = v;
    m_uniformsDirty = true;
    update();
}

void GLWindow::setR2(float v)
{
    m_r2 = v;
    m_uniformsDirty = true;
    update();
}

Weitere Informationen finden Sie in der Dokumentation zu QPropertyAnimation und QSequentialAnimationGroup.

Shader

Die Shader werden wie folgt definiert:

static const char *vertexShaderSource =
    "layout(location = 0) in vec4 vertex;\n"
    "layout(location = 1) in vec3 normal;\n"
    "out vec3 vert;\n"
    "out vec3 vertNormal;\n"
    "out vec3 color;\n"
    "uniform mat4 projMatrix;\n"
    "uniform mat4 camMatrix;\n"
    "uniform mat4 worldMatrix;\n"
    "uniform mat4 myMatrix;\n"
    "uniform sampler2D sampler;\n"
    "void main() {\n"
    "   ivec2 pos = ivec2(gl_InstanceID % 32, gl_InstanceID / 32);\n"
    "   vec2 t = vec2(float(-16 + pos.x) * 0.8, float(-18 + pos.y) * 0.6);\n"
    "   float val = 2.0 * length(texelFetch(sampler, pos, 0).rgb);\n"
    "   mat4 wm = myMatrix * mat4(1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, t.x, t.y, val, 1) * worldMatrix;\n"
    "   color = texelFetch(sampler, pos, 0).rgb * vec3(0.4, 1.0, 0.0);\n"
    "   vert = vec3(wm * vertex);\n"
    "   vertNormal = mat3(transpose(inverse(wm))) * normal;\n"
    "   gl_Position = projMatrix * camMatrix * wm * vertex;\n"
    "}\n";

static const char *fragmentShaderSource =
    "in highp vec3 vert;\n"
    "in highp vec3 vertNormal;\n"
    "in highp vec3 color;\n"
    "out highp vec4 fragColor;\n"
    "uniform highp vec3 lightPos;\n"
    "void main() {\n"
    "   highp vec3 L = normalize(lightPos - vert);\n"
    "   highp float NL = max(dot(normalize(vertNormal), L), 0.0);\n"
    "   highp vec3 col = clamp(color * 0.2 + color * 0.8 * NL, 0.0, 1.0);\n"
    "   fragColor = vec4(col, 1.0);\n"
    "}\n";

Hinweis: Diese sind OpenGL-versionsunabhängig. Wir übernehmen dies und fügen die Version wie folgt an:

QByteArray versionedShaderCode(const char *src)
{
    QByteArray versionedSrc;

    if (QOpenGLContext::currentContext()->isOpenGLES())
        versionedSrc.append(QByteArrayLiteral("#version 300 es\n"));
    else
        versionedSrc.append(QByteArrayLiteral("#version 330\n"));

    versionedSrc.append(src);
    return versionedSrc;
}

OpenGL initialisieren

Die Initialisierung des Shader-Programms wird von ` initializeGL()` übernommen:

void GLWindow::initializeGL()
{
    QOpenGLFunctions *f = QOpenGLContext::currentContext()->functions();

    QImage img(":/qtlogo.png");
    Q_ASSERT(!img.isNull());
    delete m_texture;
    m_texture = new QOpenGLTexture(img.scaled(32, 36).flipped());

    delete m_program;
    m_program = new QOpenGLShaderProgram;

Nun wird die OpenGL-Version vorangestellt und die verschiedenen Matrizen sowie die Lichtposition werden festgelegt:

    m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex, versionedShaderCode(vertexShaderSource));
    m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment, versionedShaderCode(fragmentShaderSource));
    m_program->link();

    m_projMatrixLoc = m_program->uniformLocation("projMatrix");
    m_camMatrixLoc = m_program->uniformLocation("camMatrix");
    m_worldMatrixLoc = m_program->uniformLocation("worldMatrix");
    m_myMatrixLoc = m_program->uniformLocation("myMatrix");
    m_lightPosLoc = m_program->uniformLocation("lightPos");

Obwohl dies für ES 3 nicht zwingend erforderlich ist, wird ein Vertex-Array-Objekt erstellt.

    delete m_vao;
    m_vao = new QOpenGLVertexArrayObject;
    if (m_vao->create())
        m_vao->bind();

    m_program->bind();
    delete m_vbo;
    m_vbo = new QOpenGLBuffer;
    m_vbo->create();
    m_vbo->bind();
    m_vbo->allocate(m_logo.constData(), m_logo.count() * sizeof(GLfloat));
    f->glEnableVertexAttribArray(0);
    f->glEnableVertexAttribArray(1);
    f->glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat),
                             nullptr);
    f->glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat),
                             reinterpret_cast<void *>(3 * sizeof(GLfloat)));
    m_vbo->release();

    f->glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    f->glEnable(GL_CULL_FACE);

Anpassen der Fenstergröße

Die Perspektive muss wie folgt an die neue Fenstergröße angepasst werden:

void GLWindow::resizeGL(int w, int h)
{
    m_proj.setToIdentity();
    m_proj.perspective(45.0f, GLfloat(w) / h, 0.01f, 100.0f);
    m_uniformsDirty = true;
}

Zeichnen

Wir verwenden „ QOpenGLExtraFunctions “ anstelle von „ QOpenGLFunctions “, da wir mehr erreichen wollen, als GL(ES) 2.0 bietet:

void GLWindow::paintGL()
{
    // Now use QOpenGLExtraFunctions instead of QOpenGLFunctions as we want to
    // do more than what GL(ES) 2.0 offers.
    QOpenGLExtraFunctions *f = QOpenGLContext::currentContext()->extraFunctions();

Wir löschen den Bildschirm und die Puffer und binden unser Shader-Programm und unsere Textur:

    f->glClearColor(0, 0, 0, 1);
    f->glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    m_program->bind();
    m_texture->bind();

Die Logik zur Behandlung eines Aufrufs von „ paintGL() “ zu Beginn oder eines Aufrufs nach einem Aufruf von „ resizeGL() “ wird wie folgt implementiert:

    if (m_uniformsDirty) {
        m_uniformsDirty = false;
        QMatrix4x4 camera;
        camera.lookAt(m_eye, m_eye + m_target, QVector3D(0, 1, 0));
        m_program->setUniformValue(m_projMatrixLoc, m_proj);
        m_program->setUniformValue(m_camMatrixLoc, camera);
        QMatrix4x4 wm = m_world;
        wm.rotate(m_r, 1, 1, 0);
        m_program->setUniformValue(m_worldMatrixLoc, wm);
        QMatrix4x4 mm;
        mm.setToIdentity();
        mm.rotate(-m_r2, 1, 0, 0);
        m_program->setUniformValue(m_myMatrixLoc, mm);
        m_program->setUniformValue(m_lightPosLoc, QVector3D(0, 0, 70));
    }

Zuletzt demonstrieren wir eine Funktion, die in OpenGL 3.1 bzw. OpenGL ES 3.0 eingeführt wurde:

    f->glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, m_logo.vertexCount(), 32 * 36);
}

Dies funktioniert, weil wir zuvor einen 3.3- oder 3.0-Kontext angefordert haben.

Beispielprojekt @ code.qt.io

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