C++ OpenGL着色器编程入门（从零开始掌握GLSL着色器开发）

准备工作：依赖库与环境

在开始之前，请确保你已安装以下内容：

• 支持OpenGL 3.3+的显卡驱动
• C++编译器（如GCC、MSVC或Clang）
• GLFW库（用于创建窗口和上下文）
• GLAD或GLEW（用于加载OpenGL函数指针）

你可以通过包管理器（如vcpkg、Homebrew）或从官网下载这些库。

第一步：编写简单的GLSL着色器

我们先创建两个着色器文件：

顶点着色器（vertex.glsl）

#version 330 corelayout (location = 0) in vec3 aPos;void main(){    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);}

片段着色器（fragment.glsl）

#version 330 coreout vec4 FragColor;void main(){    FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f); // 橙色}

这两个着色器非常简单：顶点着色器接收顶点位置并输出到裁剪空间；片段着色器将所有像素设为橙色。

第二步：在C++中加载并编译着色器

接下来，我们需要在C++代码中读取这些文件、编译着色器，并链接成一个着色器程序。以下是完整的加载函数：

#include <glad/glad.h>#include <GLFW/glfw3.h>#include <fstream>#include <sstream>#include <iostream>unsigned int compileShader(const std::string& vertexCode, const std::string& fragmentCode){    // 编译顶点着色器    unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);    const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();    glShaderSource(vertexShader, 1, &vShaderCode, NULL);    glCompileShader(vertexShader);    // 检查编译错误    int success;    char infoLog[512];    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);    if (!success)    {        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);        std::cout << "顶点着色器编译失败:\n" << infoLog << std::endl;    }    // 编译片段着色器    unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);    const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fShaderCode, NULL);    glCompileShader(fragmentShader);    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);    if (!success)    {        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);        std::cout << "片段着色器编译失败:\n" << infoLog << std::endl;    }    // 链接着色器程序    unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);    glLinkProgram(shaderProgram);    // 检查链接错误    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);    if (!success)    {        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);        std::cout << "着色器程序链接失败:\n" << infoLog << std::endl;    }    // 删除着色器对象（已链接到程序中）    glDeleteShader(vertexShader);    glDeleteShader(fragmentShader);    return shaderProgram;}std::string readFile(const std::string& filePath){    std::ifstream file(filePath);    std::stringstream buffer;    buffer << file.rdbuf();    return buffer.str();}

第三步：使用着色器绘制三角形

现在我们可以创建一个简单的三角形并使用着色器渲染它：

// 初始化GLFW和窗口（略）// ...// 读取着色器源码std::string vertexShaderSource = readFile("vertex.glsl");std::string fragmentShaderSource = readFile("fragment.glsl");// 编译并链接着色器程序unsigned int shaderProgram = compileShader(vertexShaderSource, fragmentShaderSource);// 定义三角形顶点float vertices[] = {    -0.5f, -0.5f, 0.0f,     0.5f, -0.5f, 0.0f,     0.0f,  0.5f, 0.0f};// 创建VAO和VBOunsigned int VAO, VBO;glGenVertexArrays(1, &VAO);glGenBuffers(1, &VBO);glBindVertexArray(VAO);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);glEnableVertexAttribArray(0);// 渲染循环while (!glfwWindowShouldClose(window)){    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);    glUseProgram(shaderProgram);    glBindVertexArray(VAO);    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);    glfwSwapBuffers(window);    glfwPollEvents();}

总结

通过本教程，你已经掌握了C++图形编程中最核心的部分之一：着色器的编写与集成。你学会了如何创建顶点和片段着色器，如何在C++中加载、编译并使用它们来渲染基本图形。这是迈向高级着色器编程基础的关键一步。

下一步，你可以尝试：

• 传递颜色或纹理坐标到着色器
• 使用uniform变量实现动态效果（如颜色变化）
• 学习光照模型（如Phong光照）

坚持练习，你将能构建出令人惊叹的3D图形应用！