OpenGL 入门复习笔记
1. CMake 和第三方库
OpenGL 入门通常会用到这些库：
GLFW：创建窗口、创建 OpenGL context、处理键盘鼠标输入。GLAD：加载 OpenGL API 函数指针。stb_image：读取图片文件，用于纹理。glm：处理向量、矩阵、相机和投影变换。spdlog：打印日志，方便排错。
find_package 和 target_link_libraries
一个容易混淆的点：
find_package(glfw3 REQUIRED)
target_link_libraries(BaseProj PRIVATE glfw)
这里的 glfw3 和 glfw 不是写错了，它们表示的层级不同。
find_package(glfw3 REQUIRED)里的glfw3是包名。target_link_libraries(... glfw)里的glfw是 CMake 导入目标名。glfw3.lib是磁盘上的真实库文件名。
这三个名字不一定相同。
判断 target_link_libraries 应该链接什么名字时，可以去安装目录下找 *Targets.cmake，例如：
D:/tools/CodeLib/GLFW/lib/cmake/glfw3/glfw3Targets.cmake
如果里面有：
# Create imported target glfw
add_library(glfw STATIC IMPORTED)
那就说明 CMake 导出的目标名是 glfw，所以应该写：
target_link_libraries(BaseProj PRIVATE glfw)
现代 CMake 里，target_link_libraries 优先链接的是“目标 target”，不是单纯盯着 .lib 文件名。这个 target 内部会记录真实库文件路径、头文件 include 路径以及其他依赖信息。
CMAKE_PREFIX_PATH
find_package 不是下载库，它只是找已经安装好的包。CMAKE_PREFIX_PATH 用来告诉 CMake 去哪些安装前缀目录下找包。
例如 GLFW 安装在：
D:/tools/CodeLib/GLFW
并且里面有：
D:/tools/CodeLib/GLFW/lib/cmake/glfw3/glfw3Config.cmake
那就可以把 D:/tools/CodeLib/GLFW 作为 prefix。
注意：
CMAKE_INSTALL_PREFIX：安装某个库时用，决定库安装到哪里。CMAKE_PREFIX_PATH：使用某个库时用，告诉 CMake 去哪里找它。
GLAD 的引入方式
GLAD 通常没有单独的 .lib 文件，它一般由：
external/glad/include/glad/glad.h
external/glad/src/glad.c
组成。
所以 CMake 里需要做两件事：
- 把
glad.c加入可执行目标，作为一个编译单元。 - 把
external/glad/include加入 include 路径。
GLAD 的 include 顺序一般是：
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
GLAD 放在 GLFW 前面，避免系统 OpenGL 头文件先被包含造成冲突。
2. GLFW 窗口和 OpenGL Context
基本流程：
glfwInit
设置 OpenGL 版本
glfwCreateWindow
glfwMakeContextCurrent
gladLoadGLLoader
进入渲染循环
glfwTerminate
glfwMakeContextCurrent
glfwCreateWindow 创建窗口，也创建了这个窗口对应的 OpenGL context。但是 OpenGL API 调用本身通常不带 window 参数，例如：
glClear(...)
glDrawArrays(...)
glCreateShader(...)
OpenGL 怎么知道这些调用作用在哪个窗口上？
答案是：OpenGL 调用作用于当前线程的 current context。
glfwMakeContextCurrent(window);
意思是：
把这个 window 对应的 OpenGL context 设置为当前线程正在使用的 context。
所以 GLAD 必须在它之后初始化：
先有 current context
GLAD 才能加载当前 OpenGL 环境里的函数地址
双缓冲
渲染循环里会调用：
glfwSwapBuffers(window);
这是双缓冲机制：
front buffer：当前显示器正在显示的画面
back buffer：当前帧正在绘制的画面
OpenGL 先把一帧画到 back buffer，glfwSwapBuffers 再把它交换到前面显示。这样可以避免直接在屏幕上边画边显示造成闪烁。
glViewport 和窗口大小
窗口变大不等于 OpenGL 自动更新绘制区域。OpenGL 把 NDC 坐标映射到屏幕像素区域，这个区域由 glViewport 决定。
窗口大小变化时，应通过 framebuffer callback 更新：
窗口 framebuffer 尺寸变化
-> glViewport(0, 0, width, height)
3. Shader 类
OpenGL 需要 shader 才能绘制图形。最基础的是：
- 顶点着色器：处理每个顶点的位置、纹理坐标等。
- 片段着色器：决定每个片段/像素的颜色。
一个 Shader 类通常负责：
读取 shader 文件
编译 vertex shader
编译 fragment shader
链接 shader program
使用 glUseProgram
设置 uniform
析构时删除 program
编译和链接流程
完整流程是：
读取 vertex shader 源码
读取 fragment shader 源码
glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER)
glShaderSource
glCompileShader
检查 GL_COMPILE_STATUSglCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER)
glShaderSource
glCompileShader
检查 GL_COMPILE_STATUSglCreateProgram
glAttachShader
glLinkProgram
检查 GL_LINK_STATUSglDeleteShader(vertex)
glDeleteShader(fragment)
链接成功后，单独的 vertex shader 和 fragment shader 对象可以删除，因为 program 已经包含了链接后的结果。
Shader 资源生命周期
OpenGL 的 shader program 是 GPU 资源，不是普通整数。ID 只是资源句柄。
所以 Shader 类要注意：
ID初始化为0。- 析构时
glDeleteProgram(ID)。 - 如果编译或链接失败，要清理已经创建的 shader/program。
- 禁止拷贝，避免两个对象持有同一个 OpenGL program，导致重复删除。
一个实用原则：
谁 glCreate 了资源，失败返回前就要对应 glDelete。
4. 顶点数据、VAO、VBO、EBO
OpenGL 绘制图形时，需要把顶点数据上传到 GPU。
常见对象：
VBO：存储顶点数据。VAO：记录顶点属性布局。EBO：存储索引数据，避免重复顶点。
VBO
VBO 保存原始顶点数据，例如：
position: x y z
color: r g b
texCoord: u v
如果一个顶点有 3 + 3 + 2 = 8 个 float，那么 stride 就是：
8 * sizeof(float)
VAO
VAO 记录“如何解释 VBO 里的数据”。
例如：
location 0 -> position，3 个 float，从 offset 0 开始
location 1 -> color，3 个 float，从 offset 3 * sizeof(float) 开始
location 2 -> texCoord，2 个 float，从 offset 6 * sizeof(float) 开始
对应 shader：
layout(location = 0) in vec3 aPos;
layout(location = 1) in vec3 aColor;
layout(location = 2) in vec2 aTexCoord;
EBO 的易错点
EBO 的绑定状态会被 VAO 记录。
所以如果你这样做：
绑定 VAO
绑定 EBO
设置数据
在 VAO 仍然绑定时解绑 EBO
等于把 VAO 里的 EBO 记录清掉了。使用 glDrawElements 时就会没有有效索引缓冲。
正确记法：
VBO 可以在设置完顶点属性后解绑
EBO 不要在 VAO 绑定期间解绑
5. 纹理
纹理的学习流程：
用 stb_image 读取图片
glGenTextures 创建纹理对象
glBindTexture 绑定纹理
glTexParameteri 设置纹理参数
glTexImage2D 上传图片数据
glGenerateMipmap 生成 mipmap
stbi_image_free 释放 CPU 图片数据
stb_image
stb_image.h 是单头文件库，但实现只能在一个 .cpp 中启用：
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
不能在多个 .cpp 里都定义 STB_IMAGE_IMPLEMENTATION，否则会重复定义。
图片路径
图片和 shader 文件路径是相对于程序运行时 working directory，不是相对于 .cpp 文件。
如果 VS Code/CMake Tools 的工作目录是项目根目录，那么可以写：
assets/shaders/basic.vert
assets/textures/container.jpg
纹理坐标
纹理坐标通常是：
左下角: (0.0, 0.0)
右下角: (1.0, 0.0)
右上角: (1.0, 1.0)
左上角: (0.0, 1.0)
OpenGL 纹理坐标通常把 (0,0) 当左下，而图片文件很多以左上为原点，所以经常需要：
stbi_set_flip_vertically_on_load(true);
纹理单元和 sampler
多纹理时要理解：
sampler uniform 存的是纹理单元编号，不是 texture 对象 ID。
例如：
shader.setInt("texture1", 0);
shader.setInt("texture2", 1);
意思是：
shader 里的 texture1 去 GL_TEXTURE0 采样
shader 里的 texture2 去 GL_TEXTURE1 采样
真正把纹理对象放到纹理单元上，需要：
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
渲染前明确绑定纹理是好习惯，因为 OpenGL 是状态机，别的代码可能改变当前绑定。
6. Transform 和矩阵顺序
2D 矩形进入 3D 前，先学习 transform：
- 平移
translate - 旋转
rotate - 缩放
scale
GLM/OpenGL 常用列向量约定：
gl_Position = transform * vec4(aPos, 1.0);
如果：
transform = T * R * S
实际作用到顶点的顺序是从右往左：
先 S 缩放
再 R 旋转
最后 T 平移
GLM 写法通常是：
先 translate
再 rotate
再 scale
最终得到：
T * R * S
实际效果就是：
先缩放，再旋转，最后移动
一句话：
代码调用顺序决定矩阵从左到右生成；
顶点实际变换顺序看矩阵从右到左作用。
每帧从单位矩阵开始
动画里通常每一帧都从单位矩阵重新计算：
当前姿态 = 时间函数
如果把 transform 定义在循环外，每帧都在旧矩阵上继续 rotate，就会变成累计变换。再加上直接使用 glfwGetTime()，旋转会越来越夸张。
区分：
glfwGetTime()：绝对时间
deltaTime：两帧之间经过的时间
7. 3D 坐标系统
3D 绘制的核心是 MVP：
gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
实际作用顺序：
先 model
再 view
最后 projection
完整坐标流程：
局部坐标-> model
世界坐标-> view
观察坐标/相机坐标-> projection
裁剪坐标-> 透视除法
NDC-> viewport
屏幕坐标
Model 矩阵
model 作用于每个模型，把模型从局部坐标变换到世界坐标。
同一份立方体顶点数据可以通过不同的 model 矩阵摆到不同位置：
第一个 cube 在原点
第二个 cube 在远处
第三个 cube 旋转 40 度
所以绘制多个物体时，通常复用同一个 VAO/VBO，但每次 draw 前换一个 model 矩阵。
View 矩阵
view 表示相机观察变换，它把世界坐标变换到相机坐标。
OpenGL 里通常不是真的移动相机，而是反过来移动整个世界。
例如相机在：
(0, 0, 3)
看向原点，可以理解成：
把整个世界往 z 负方向移动 3 个单位
自由相机里常用：
glm::lookAt(cameraPos, cameraPos + cameraFront, cameraUp)
其中：
cameraPos：相机在哪里
cameraFront：相机朝哪个方向看
cameraPos + cameraFront：构造一个临时目标点
cameraUp：哪边是上
front 不是目标点，而是方向向量。
Projection 矩阵
projection 定义相机能看到的空间范围，并把 3D 观察空间投影到裁剪空间。
透视投影常用：
glm::perspective(fov, aspect, near, far)
含义：
fov：视野角
aspect：宽高比
near：近裁剪面
far：远裁剪面
如果加了 view 把物体放到 z = -3 附近，但 projection 仍然是单位矩阵，物体很可能会被裁掉。进入 3D 后，要同时使用 view 和真正的 perspective projection。
深度测试
3D 物体需要深度测试，否则前后关系会混乱。
开启：
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
每帧清屏时要同时清颜色和深度：
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
8. Camera
Camera 的核心状态：
position：相机位置
front：相机朝向
up：相机上方向
yaw：左右转头
pitch：抬头低头
fov：视野角
WASD 移动
前后移动：
W：position += front * speed * deltaTime
S：position -= front * speed * deltaTime
左右移动需要右方向：
right = normalize(cross(front, up))
A：position -= right * speed * deltaTime
D：position += right * speed * deltaTime
这里必须使用 deltaTime，否则不同帧率下移动速度不同。
Yaw 和 Pitch
yaw 控制左右转头，pitch 控制抬头低头。
用 yaw/pitch 计算 front：
front.x = cos(yaw) * cos(pitch)
front.y = sin(pitch)
front.z = sin(yaw) * cos(pitch)
GLM 的 sin/cos 使用弧度，所以要用 glm::radians。
初始 yaw = -90 是为了让默认 front 指向负 Z：
yaw = -90 -> front 大约是 (0, 0, -1)
pitch 通常限制在：
-89 到 89
避免看向正上/正下时方向计算不稳定。
鼠标回调和 user pointer
GLFW 的回调函数签名是固定的，例如鼠标移动：
void callback(GLFWwindow* window, double xpos, double ypos)
不能额外加一个 Camera& 参数，因为 GLFW 只知道窗口和鼠标坐标，不知道你的 C++ 对象。
解决方式是：
glfwSetWindowUserPointer(window, &camera);
这相当于给 GLFWwindow 挂一个自定义 void* 指针。
回调里再取出来：
auto* camera = static_cast<Camera*>(glfwGetWindowUserPointer(window));
完整理解：
main 创建 camera
把 &camera 存进 window user pointer
鼠标移动时 GLFW 调用 callback(window, xpos, ypos)
callback 通过 window 找回 camera
调用 camera->processMouseMovement(...)
camera 更新 front
下一帧 getViewMatrix 使用新 front
画面视角改变
这是一种 C API 和 C++ 对象配合的常见方式。
滚轮 FOV
滚轮缩放通常不是移动相机，而是改变 fov：
fov 变小 -> 视野变窄 -> 看起来放大
fov 变大 -> 视野变宽 -> 看起来缩小
处理滚轮时：
fov -= yoffset
fov clamp 到 1 到 45
注意 glm::clamp 返回结果，不会原地修改变量，所以要赋回去：
fov = glm::clamp(fov, 1.0f, 45.0f);
9. 常见错误总结
路径错误
shader 和 texture 文件路径是相对于运行时 working directory。
如果读取失败，不要只看源码目录，要先确认程序从哪里运行。
OpenGL context 顺序错误
GLAD 必须在：
glfwMakeContextCurrent
之后初始化。否则 OpenGL 函数地址没有有效 context 可查。
include 顺序错误
一般写：
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
EBO 被解绑
EBO 绑定被 VAO 记录。在 VAO 绑定期间不要解绑 EBO。
sampler 误解
sampler2D 的 uniform 值是纹理单元编号，不是 texture 对象 ID。
string_view::data
std::string_view::data() 不保证以 \0 结尾。传给需要 C 字符串的 API 时要小心。
如果传入的是字符串字面量，通常没问题；如果是任意 string_view，最好转成 std::string。
矩阵顺序
projection * view * model * vec4(aPos, 1.0) 实际先作用 model，再 view，最后 projection。
不要只看代码从左往右，要记住矩阵作用在列向量上时是从右往左。
忘记清深度缓冲
开启深度测试后，每帧要清：
GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT
deltaTime 放错位置
lastFrame 要放在循环外。如果放在循环内，每帧都会重置，deltaTime 就不是两帧间隔。
10. 当前阶段总结
到这里，基础部分已经完成：
CMake 引入 GLFW/GLAD/stb/glm/spdlog
创建窗口和 OpenGL context
加载 OpenGL API
编译和使用 shader
绘制三角形、矩形、立方体
使用 VAO/VBO/EBO
加载纹理和多纹理混合
理解 model/view/projection
开启深度测试
绘制多个 3D 物体
实现 WASD 相机移动
实现鼠标视角
实现滚轮 FOV
基础阶段最重要的收获不是记住某段代码，而是理解 OpenGL 是状态机：当前绑定的 VAO、VBO、EBO、texture、shader program、viewport、depth test 等状态共同决定下一次 draw call 的结果。