做啊网站,福建省建设行业企业资质查询网站,世界互联网峰会官网,wordpress5.2.1CSharpGL(49)试水OpenGL软实现 CSharpGL迎来了第49篇。本篇内容是用C#编写一个OpenGL的软实现。暂且将其命名为SoftGL。 目前已经实现了由Vertex Shader和Fragment Shader组成的Pipeline#xff0c;其效果与显卡支持的OpenGL实现几乎相同。下图左是常规OpenGL渲染的结果#…CSharpGL(49)试水OpenGL软实现 CSharpGL迎来了第49篇。本篇内容是用C#编写一个OpenGL的软实现。暂且将其命名为SoftGL。 目前已经实现了由Vertex Shader和Fragment Shader组成的Pipeline其效果与显卡支持的OpenGL实现几乎相同。下图左是常规OpenGL渲染的结果右是SoftGL渲染的结果。 下载 CSharpGL已在GitHub开源欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL SoftGL也已在GitHub开源欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入https://github.com/bitzhuwei/SoftGL 从使用者的角度开始 OpenGL的使用者就是OpenGL应用程序开发者Dev。 下面按其被执行的先后顺序陈列OpenGL相关的命令只陈列最基本的命令 创建Device Context 用一个System.Windows.Forms.Control类型的对象即可。 最后会发现这个Device Context的作用之一是为创建Render Context提供参数。目前在SoftGL中不需要这个参数。 创建Render Context Render Context包含OpenGL的所有状态字段。例如当Dev调用glLineWidth(float width);时Render Context会记下这一width值从而使之长期有效直到下次调用glLineWidth(float width);来修改它。 可能同时存在多个Render Context每个都保存自己的lineWidth等字段。当使用静态的OpenGL函数static void glLineWidth(float width);时它会首先找到当前的Render Context对象详见后面的MakeCurrent(..)然后让此对象执行真正的glLineWidth(float width);函数。 可见Render Context就是一个典型的class其伪代码如下 1 partial class SoftGLRenderContext:2 {3 private float lineWidth;4 // .. other fields.5 6 public static void glLineWidth(float width)7 {8 SoftGLRenderContext obj SoftGLRenderContext .GetCurrentContext();9 if (obj ! null) { obj.LineWidth(width); }
10 }
11
12 private void LineWidth(float width)
13 {
14 this.lineWidth width;
15 }
16
17 // .. other OpenGL functions.
18 } MakeCurrent(IntPtr dc, IntPtr rc); 函数static void MakeCurrent(IntPtr dc, IntPtr rc);不是OpenGL函数。它的作用是指定当前线程(Thread)与哪个Render Context对应即在DictionaryThread, RenderContext这一字典类型中记录下Thread与Render Context的对应关系。 当然如果rc为IntPtr.Zero就是要解除当前Thread与其Render Context的对应关系。 伪代码如下 1 partial class SoftGLRenderContext2 {3 // Thread - Binding Render Context Object.4 static DictionaryThread, SoftGLRenderContext threadContextDict new DictionaryThread, SoftGLRenderContext();5 6 // Make specified renderContext the current one of current thread.7 public static void MakeCurrent(IntPtr deviceContext, IntPtr renderContext)8 {9 var threadContextDict SoftGLRenderContext.threadContextDict;
10 if (renderContext IntPtr.Zero) // cancel current render context to current thread.
11 {
12 SoftGLRenderContext context null;
13
14 Thread thread System.Threading.Thread.CurrentThread;
15 if (threadContextDict.TryGetValue(thread, out context))
16 {
17 threadContextDict.Remove(thread);
18 }
19 }
20 else // change current render context to current thread.
21 {
22 SoftGLRenderContext context GetContextObj(renderContext);
23 if (context ! null)
24 {
25 SoftGLRenderContext oldContext GetCurrentContextObj();
26 if (oldContext ! context)
27 {
28 Thread thread Thread.CurrentThread;
29 if (oldContext ! null) { threadContextDict.Remove(thread); }
30 threadContextDict.Add(thread, context);
31 context.DeviceContextHandle deviceContext;
32 }
33 }
34 }
35 }
36 } 获取OpenGL函数指针 在CSharpGL.Windows项目中我们可以通过Win32 API找到在opengl32.dll中的OpenGL函数指针并将其转换为C#中的函数委托(Delegate)从而可以像使用普通函数一样使用OpenGL函数。其伪代码如下 1 public partial class WinGL : CSharpGL.GL2 {3 public override Delegate GetDelegateFor(string functionName, Type functionDeclaration)4 {5 Delegate del null;6 if (!extensionFunctions.TryGetValue(functionName, out del))7 {8 IntPtr proc Win32.wglGetProcAddress(name);9 if (proc ! IntPtr.Zero)
10 {
11 // Get the delegate for the function pointer.
12 del Marshal.GetDelegateForFunctionPointer(proc, functionDeclaration);
13
14 // Add to the dictionary.
15 extensionFunctions.Add(functionName, del);
16 }
17 }
18
19 return del;
20 }
21
22 // Gets a proc address.
23 [DllImport(opengl32.dll, SetLastError true)]
24 internal static extern IntPtr wglGetProcAddress(string name);
25
26 // The set of extension functions.
27 static Dictionarystring, Delegate extensionFunctions new Dictionarystring, Delegate();
28 } 此时我们想使用SoftGL那么要相应地为其编写一个SoftGL.Windows项目。这个项目通过在类似opengl32.dll的SoftOpengl32项目或者SoftOpengl32.dll中查找函数的方式来找到我们自己实现的OpenGL函数。其伪代码如下 1 partial class WinSoftGL : CSharpGL.GL2 {3 private static readonly Type thisType typeof(SoftOpengl32.StaticCalls);4 public override Delegate GetDelegateFor(string functionName, Type functionDeclaration)5 {6 Delegate result null;7 if (!extensionFunctions.TryGetValue(functionName, out result))8 {9 MethodInfo methodInfo thisType.GetMethod(functionName, BindingFlags.Static | BindingFlags.Public);
10 if (methodInfo ! null)
11 {
12 result System.Delegate.CreateDelegate(functionDeclaration, methodInfo);
13 }
14
15 if (result ! null)
16 {
17 // Add to the dictionary.
18 extensionFunctions.Add(functionName, result);
19 }
20 }
21
22 return result;
23 }
24
25 // The set of extension functions.
26 static Dictionarystring, Delegate extensionFunctions new Dictionarystring, Delegate();
27 } 可见只需通过C#和.NET提供的反射机制即可实现。在找到System.Delegate.CreateDelegate(..)这个方法时我感觉到一种“完美”。 此时我们应当注意到另一个涉及大局的问题就是整个SoftGL的框架结构。 SoftGL项目本身的作用与显卡驱动中的OpenGL实现相同。操作系统例如Windows提供了一个opengl32.dll之类的方式来让Dev找到OpenGL函数指针从而使用OpenGL。CSharpGL项目是对OpenGL的封装具体地讲是对OpenGL的函数声明的封装它不包含对OpenGL的实现、初始化等功能。这些功能是在CSharpGL.Windows中实现的。Dev通过引用CSharpGL项目和CSharpGL.Windows项目就可以直接使用OpenGL了。 如果不使用显卡中的OpenGL实现而是换做SoftGL那么这一切就要相应地变化。SoftOpengl32项目代替操作系统的opengl32.dll。CSharpGL保持不变。SoftGL.Windows代替CSharpGL.Windows。Dev通过引用CSharpGL项目和SoftGL.Windows项目就可以直接使用软实现的OpenGL了。 最重要的是这样保证了应用程序的代码不需任何改变应用程序只需将对CSharpGL.Windows的引用修改为对SoftGL.Windows的引用即可。真的。 创建ShaderProgram和Shader 根据OpenGL命令可以推测一种可能的创建和删除ShaderProgram对象的方式伪代码如下 1 partial class SoftGLRenderContext2 {3 private uint nextShaderProgramName 1;4 5 // name - ShaderProgram object6 Dictionaryuint, ShaderProgram nameShaderProgramDict new Dictionaryuint, ShaderProgram();7 8 private ShaderProgram currentShaderProgram null;9
10 public static uint glCreateProgram() // OpenGL functions.
11 {
12 uint id 0;
13 SoftGLRenderContext context ContextManager.GetCurrentContextObj();
14 if (context ! null)
15 {
16 id context.CreateProgram();
17 }
18
19 return id;
20 }
21
22 private uint CreateProgram()
23 {
24 uint name nextShaderProgramName;
25 var program new ShaderProgram(name); //create object.
26 this.nameShaderProgramDict.Add(name, program); // bind name and object.
27 nextShaderProgramName; // prepare for next name.
28
29 return name;
30 }
31
32 public static void glDeleteProgram(uint program)
33 {
34 SoftGLRenderContext context ContextManager.GetCurrentContextObj();
35 if (context ! null)
36 {
37 context.DeleteProgram(program);
38 }
39 }
40
41 private void DeleteProgram(uint program)
42 {
43 Dictionaryuint, ShaderProgram dict this.nameShaderProgramDict;
44 if (!dict.ContainsKey(program)) { SetLastError(ErrorCode.InvalidValue); return; }
45
46 dict.Remove(program);
47 }
48 } 创建ShaderProgram对象的逻辑很简单首先找到当前的Render Context对象然后让它创建一个ShaderProgram对象并使之与一个name绑定记录到一个Dictionaryuint, ShaderProgram字典类型的字段中。删除ShaderProgram对象的逻辑也很简单首先判断参数是否合法然后将字典中的ShaderProgram对象删除即可。 OpenGL中的很多对象都遵循这样的创建模式例如Shader、Buffer、VertexArrayObject、Framebuffer、Renderbuffer、Texture等。 ShaderProgram是一个大块头的类型它要处理很多和GLSL Shader相关的东西。到时候再具体说。 创建VertexBuffer、IndexBuffer和VertexArrayObject 参见创建ShaderProgram对象的方式。要注意的是这些类型的创建分2步。第一步是调用glGen*(int count, uint[] names);此时只为其分配了name没有创建对象。第二步是首次调用glBind*(uint target, uint name);此时才会真正创建对象。我猜这是早期的函数接口所以用了这么啰嗦的方式。 对顶点属性进行设置 一个顶点缓存对象(GLBuffer)实际上是一个字节数组(byte[])。它里面保存的可能是顶点的位置属性(vec3[])可能是顶点的纹理坐标属性(vec2[])可能是顶点的密度属性(float[])可能是顶点的法线属性(vec3[])还可能是这些属性的某种组合如一个位置属性一个纹理坐标属性这样的轮流出现。OpenGL函数glVertexAttribPointer(uint index, int size, uint type, bool normalized, int stride, IntPtr pointer)的作用就是描述顶点缓存对象保存的是什么是如何保存的。 glClear(uint mask) 每次渲染场景前都应清空画布即用glClear(uint mask);清空指定的缓存。 OpenGL函数glClearColor(float r, float g, float b, float a);用于指定将画布清空为什么颜色。这是十分简单的只需设置Render Context中的一个字段即可。 需要清空颜色缓存(GL_COLOR_BUFFER_BIT)时实际上是将当前Framebuffer对象上的颜色缓存设置为指定的颜色。需要清空深度缓存(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)或模板缓存(GL_STENCIL_BUFFER_BIT)时实际上也是将当前Framebuffer对象上的深度缓存或模板缓存设置为指定的值。 所以为了实现glClear(uint mask)函数必须将Framebuffer和各类缓存都准备好。 Framebuffer中的各种缓存都可以简单的用一个Renderbuffer对象充当。一个Renderbuffer对象实际上也是一个字节数组(byte[])只不过它还用额外的字段记录了自己的数据格式GL_RGBA等等信息。纹理(Texture)对象里的各个Image也可以充当Framebuffer中的各种缓存。所以Image是和Renderbuffer类似的东西或者说它们支持同一个接口IAttachable。 1 interface IAttachable
2 {
3 uint Format { get; } // buffer’s format
4 int Width { get; } // buffer’s width.
5 int Height { get; } // buffer’s height.
6 byte[] DataStore { get; } // buffer data.
7 } 这里就涉及到对与byte[]这样的数组与各种其他类型的数组例如描述位置的vec3[]相互赋值的问题。一般可以用下面的方式解决 1 byte[] bytes ...
2 this.pin GCHandle.Alloc(bytes, GCHandleType.Pinned);
3 IntPtr pointer this.pin.AddrOfPinnedObject();
4 var array (vec3*)pointer.ToPointer();
5 for (in i 0; i ...; i) {
6 array[i] ...
7 } 只要能将数组转换为 void* 类型就没有什么做不到的了。 glGetIntegerv(uint target, int[] values) 这个十分简单。一个大大的switch语句。 设置Viewport 设置viewport本身是十分简单的与设置lineWidth类似。但是在一个Render Context对象被首次MakeCurrent()到一个线程时要将Device Context的Width和Height赋值给viewport。这个有点麻烦。 更新uniform变量的值 glDrawElements(..) 总结
