OpenGL и шейдеры

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВ

C++ / GLSL

OpenGL — кроссплатформенный API к GPU. С версии 3.x fixed-function конвейер убран: программист сам пишет шейдеры на GLSL и загружает геометрию в буферы. Окно и ввод OpenGL не создаёт — для этого GLFW или freeglut; расширения — GLEW или загрузчик из GLFW.

Стек для учебы

C++ + CMake + GLFW + GLEW + GLM + OpenGL 3.3 core — типичный учебный стек для первых проектов.

Низкоуровневый контроль без OpenGL — Vulkan.

В браузере — WebGL / WebGPU (3D-графика и анимация).

---

OpenGL и шейдеры

Окно и контекст

1. Инициализировать GLFW, задать hints (CORE_PROFILE, версия 3.3).
2. Создать окно → OpenGL context текущий в потоке.
3. Загрузить функции через GLEW (на Windows OpenGL32.dll даёт лишь 1.x без loader).
4. Цикл: события → обновление → glClear → отрисовка → swap buffers.

Qt Quick и Widgets могут встраивать OpenGL-виджет — тот же конвейер, другая обвязка (Qt).

---

Графический конвейер (core profile)

VBO/VAO → Vertex Shader → (tess/geom опционально) → Clipping → Rasterization
  → Fragment Shader → depth/stencil/blend tests → framebuffer

Этап	Роль
Vertex shader	MVP-цепочка, выход gl_Position, varyings (UV, normal)
Rasterization	Треугольник → фрагменты, интерполяция varyings
Fragment shader	Цвет пикселя: текстуры, освещение (Phong/PBR)
Depth test	Z-buffer (Видимость и буфер глубины)
Blend	Альфа-смешивание для прозрачности

★ VAO хранит привязку атрибутов к VBO; ★ VBO — массив вершин на GPU; ★ EBO — индексы для indexed draw.

---

Минимальный GLSL

Vertex (упрощённо):

#version 330 core
layout(location = 0) in vec3 aPos;
uniform mat4 uMVP;
void main() {
  gl_Position = uMVP * vec4(aPos, 1.0);
}

Fragment:

#version 330 core
out vec4 FragColor;
void main() {
  FragColor = vec4(1.0, 0.4, 0.2, 1.0);
}

Шейдеры компилируют отдельно, линкуют в program; uniform-переменные передают матрицы и текстуры.

---

Текстуры, stencil, типовые эффекты

• 2D-текстура + UV из vertex shader → sample в fragment shader.
• Cubemap — окружение для IBL и skybox.
• Stencil buffer — маска для отражений "в зеркале" (нарисовать зеркало в stencil, затем сцену только где stencil = 1).
• Shadow mapping — рендер глубины с точки зрения света, сравнение в основном проходе.
• Normal / bump mapping — сдвиг нормали по карте высот/нормалей без добавления геометрии.
• PBR — metallic/roughness + Cook–Torrance в fragment shader (3D-графика и анимация).

В Blender те же приёмы — ноды и Eevee/Cycles (Blender).

---

От OpenGL к индустрии

API	Платформы	Заметка
OpenGL / GLES	Кросс, macOS legacy, WebGL	Учебный стандарт
Direct3D 12	Windows, Xbox	Игры Microsoft
Vulkan	Кросс, Android	Явная память и sync (Vulkan и низкоуровневая графика на C++)
Metal	Apple	iOS/macOS native
WebGPU	Браузер	Преемник WebGL

Принципы шейдеров, MVP, depth и PBR переносятся между API; меняются синтаксис и ритуал инициализации.

---