（自用）learnOpenGL学习总结-高级OpenGL-帧缓冲Framebuffers

我们在之前使用了很多缓冲了：颜色缓冲、深度缓冲、模板缓冲。这些缓冲结合起来叫做帧缓冲，

其实也能从名字理解，每一帧屏幕都需要不断更新画面，对应的缓冲也需要更新。

不过上面这些都是在默认的缓冲里面做的，现在我们可以自定义帧缓冲方式。

创建帧缓冲

和之前的VBO一样，我们生成VBO需要通过glGenBuffer，帧缓冲也一样

unsigned int fbo;
glGenFramebuffers(1, &fbo);//生成
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fbo);//绑定

不过还不能用，一个完整的帧缓冲需要满足以下的条件：

附加至少一个缓冲（颜色、深度或模板缓冲）。
至少有一个颜色附件(Attachment)。
所有的附件都必须是完整的（保留了内存）。
每个缓冲都应该有相同的样本数。

在完成了所有附加之后可以调用一个检查函数来检查是否完整。

if(glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) == GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)
  // 执行胜利的舞蹈

不过还记得我们有个默认的帧缓冲吗，我们自定义的叫做离屏渲染off-screen rendering，要保证所有的渲染操作在主窗口中有视觉效果，我们需要再次激活默认帧缓冲，将它绑定到0。

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

。。。glDeleteFramebuffers(1, &fbo);

用完之后记得删除。

添加一个纹理附件

和之前创建一个纹理差不多

unsigned int texture;
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, 800, 600, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

这里注意，没有给纹理的data参数传东西。也就是分配了内存但是没有填充他。而填充纹理将会在我们渲染到帧缓冲中进行。同样注意我们并不关心环绕方式或多级渐远纹理，我们在大多数情况下都不会需要它们。

创建完最后一件事就是附加到帧缓冲上。

glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, texture, 0);

渲染缓冲对象附件

渲染缓冲对象(Renderbuffer Object)是在纹理之后引入到OpenGL中，作为一个可用的帧缓冲附件类型的，所以在过去纹理是唯一可用的附件。和纹理图像一样，渲染缓冲对象是一个真正的缓冲，即一系列的字节、整数、像素等。渲染缓冲对象附加的好处是，它会将数据储存为OpenGL原生的渲染格式，它是为离屏渲染到帧缓冲优化过的。

渲染缓冲对象直接将所有的渲染数据储存到它的缓冲中，不会做任何针对纹理格式的转换，让它变为一个更快的可写储存介质。然而，渲染缓冲对象通常都是只写的，所以你不能读取它们（比如使用纹理访问）。当然你仍然还是能够使用glReadPixels来读取它，这会从当前绑定的帧缓冲，而不是附件本身，中返回特定区域的像素。因为它的数据已经是原生的格式了，当写入或者复制它的数据到其它缓冲中时是非常快的。所以，交换缓冲这样的操作在使用渲染缓冲对象时会非常快。我们在每个渲染迭代最后使用的glfwSwapBuffers，也可以通过渲染缓冲对象实现：只需要写入一个渲染缓冲图像，并在最后交换到另外一个渲染缓冲就可以了。渲染缓冲对象对这种操作非常完美。

创建一个渲染缓冲对象吧

unsigned int rbo;
glGenRenderbuffers(1, &rbo);

..

glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, rbo);//绑定

然后对于深度和模板缓冲来说，我们不需要去读取值，我们只是应用和写入缓冲。刚刚也说了渲染缓冲对象一般是只写的，所以很适合深度和模板。现在来给我们的渲染缓冲加上深度和模板缓冲。

glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH24_STENCIL8, 800, 600);//生成
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, rbo);//附加

渲染缓冲对象能为你的帧缓冲对象提供一些优化，但知道什么时候使用渲染缓冲对象，什么时候使用纹理是很重要的。通常的规则是，如果你不需要从一个缓冲中采样数据，那么对这个缓冲使用渲染缓冲对象会是明智的选择。如果你需要从缓冲中采样颜色或深度值等数据，那么你应该选择纹理附件。性能方面它不会产生非常大的影响的。

实战

我们将会将场景渲染到一个附加到帧缓冲对象上的颜色纹理中，之后将在一个横跨整个屏幕的四边形上绘制这个纹理。这样视觉输出和没使用帧缓冲时是完全一样的，但这次是打印到了一个四边形上。

首先在main中创建framebuffer和rbo

    //生成并绑定
	unsigned int framebuffer;
	glGenFramebuffers(1, &framebuffer);
	glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);

	//生成纹理并作为一个颜色附件加到帧缓冲上
	unsigned int texColorBuffer;
	glGenTextures(1, &texColorBuffer);
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texColorBuffer);
	glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, 800, 600, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);//解绑
	//附加到帧缓冲对象上
	glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, texColorBuffer, 0);

	//创建RBO 并且给他一个深度缓冲和模板缓冲
	unsigned int rbo;
	glGenRenderbuffers(1, &rbo);
	glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, rbo);
	glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH24_STENCIL8,800,600);
	glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, 0);//为渲染缓冲对象分配了足够的内存之后，我们可以解绑这个渲染缓冲
	//最后把完成的rbo加到帧缓冲上
	glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, rbo);
	//检查
	if (glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)
		std::cout << "ERROR::FRAMEBUFFER:: Framebuffer is not complete!" << std::endl;
	glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

然后给我们的帧缓冲新写一套shader

#version 330 core

layout(location = 0) in vec2 aPos;
layout(location = 1) in vec2 aTexCoords;


out vec2 TexCoords;

void main(){


	gl_Position = vec4( aPos.x , aPos.y , 0.0 , 1.0 );
	TexCoords = aTexCoords;
}



#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec2 TexCoords;

uniform sampler2D screenTexture;

void main(){

	FragColor = texture(screenTexture,TexCoords);

}

给新场景绑上VAO

//screen quad VAO
	unsigned int quadVAO, quadVBO;

	glGenVertexArrays(1, &quadVAO);
	glBindVertexArray(quadVAO);

	glGenBuffers(1, &quadVBO);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, quadVBO);
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(quadVertices), &quadVertices, GL_STATIC_DRAW);

	glEnableVertexAttribArray(0);
	glVertexAttribPointer(0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * sizeof(float), (void*)0);
	glEnableVertexAttribArray(1);
	glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * sizeof(float), (void*)(2 * sizeof(float)));

然后就是主体循环中，

while (!glfwWindowShouldClose(window))
	{
		//Process Input
		processInput(window);

		
		//第一阶段，渲染自己建立的fbo 
		glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);

		

		//Clear Screen
		glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);



		....画方块部分...



		//第二阶段渲染到默认的帧缓冲，绘制四边形
		glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);//恢复默认
		//glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
		glClearColor(1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
		screenShader->use();
		glBindVertexArray(quadVAO);
		glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texColorBuffer);
		glDisable(GL_DEPTH_TEST);
		glUniform1i(glGetUniformLocation(screenShader->ID, "screenTexture"), 0);
		glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
		glEnable(GL_DEPTH_TEST);




		//Clean up prepare for next render loop
		glfwSwapBuffers(window);
		glfwPollEvents();

		//Recording the time
		float currentFrame = glfwGetTime();
		deltaTime = currentFrame - lastFrame;
		lastFrame = currentFrame;
	}

当在画第二部分的时候开启线框模式

不开启的时候就是之前的场景。

要注意一些事情。第一，由于我们使用的每个帧缓冲都有它自己一套缓冲，我们希望设置合适的位，调用glClear，清除这些缓冲。第二，当绘制四边形时，我们将禁用深度测试，因为我们是在绘制一个简单的四边形，并不需要关系深度测试。在绘制普通场景的时候我们将会重新启用深度测试

所以这个有什么用处呢？因为我们能够以一个纹理图像的方式访问已渲染场景中的每个像素，我们可以在片段着色器中创建出非常有趣的效果。这些有趣效果统称为后期处理(Post-processing)效果。

后期处理

既然整个场景都被渲染到了一个纹理上，我们可以简单地通过修改纹理数据创建出一些非常有意思的效果。在这一部分中，我们将会向你展示一些流行的后期处理效果，并告诉你改如何使用创造力创建你自己的效果。

让我们先从最简单的后期处理效果开始。

反相

把screen片段着色器里面修改一下

	FragColor = vec4(vec3(1.0-texture(screenTexture,TexCoords)),1.0);

灰度

void main()
{
    FragColor = texture(screenTexture, TexCoords);
    float average = 0.2126 * FragColor.r + 0.7152 * FragColor.g + 0.0722 * FragColor.b;
    FragColor = vec4(average, average, average, 1.0);
}

核效果

核效果其实就是类似与图像处理里面的卷积核效果，用一个3x3的方块去扫每一个像素点，然后把9个方块的像素rgb加权到中间的像素去。可以用来做模糊处理或者一些特性提取工作。

在片段着色器中，我们首先为周围的纹理坐标创建了一个9个vec2偏移量的数组。偏移量是一个常量，你可以按照你的喜好自定义它。之后我们定义一个核，在这个例子中是一个锐化(Sharpen)核，它会采样周围的所有像素，锐化每个颜色值。最后，在采样时我们将每个偏移量加到当前纹理坐标上，获取需要采样的纹理，之后将这些纹理值乘以加权的核值，并将它们加到一起。

//核函数
	vec2 offsets[9] = vec2[](
        vec2(-offset,  offset), // 左上
        vec2( 0.0f,    offset), // 正上
        vec2( offset,  offset), // 右上
        vec2(-offset,  0.0f),   // 左
        vec2( 0.0f,    0.0f),   // 中
        vec2( offset,  0.0f),   // 右
        vec2(-offset, -offset), // 左下
        vec2( 0.0f,   -offset), // 正下
        vec2( offset, -offset)  // 右下
    );
    float kernel[9] = float[](
        -1, -1, -1,
        -1,  9, -1,
        -1, -1, -1
    );

    vec3 sampleTex[9];
    for(int i = 0; i < 9; i++)
    {
        sampleTex[i] = vec3(texture(screenTexture, TexCoords.st + offsets[i]));
    }
    vec3 col = vec3(0.0);
    for(int i = 0; i < 9; i++)
        col += sampleTex[i] * kernel[i];

    FragColor = vec4(col, 1.0);

模糊

修改核函数可以实现不同的效果

float kernel[9] = float[](
    1.0 / 16, 2.0 / 16, 1.0 / 16,
    2.0 / 16, 4.0 / 16, 2.0 / 16,
    1.0 / 16, 2.0 / 16, 1.0 / 16  
);

也可以把时间加入到效果中，创造出玩家醉酒时的效果，或者在主角没带眼镜的时候增加模糊。模糊也能够让我们来平滑颜色值

边缘检测

一些tips：

注意，核在对屏幕纹理的边缘进行采样的时候，由于还会对中心像素周围的8个像素进行采样，其实会取到纹理之外的像素。由于环绕方式默认是GL_REPEAT，所以在没有设置的情况下取到的是屏幕另一边的像素，而另一边的像素本不应该对中心像素产生影响，这就可能会在屏幕边缘产生很奇怪的条纹。为了消除这一问题，我们可以将屏幕纹理的环绕方式都设置为GL_CLAMP_TO_EDGE。这样子在取到纹理外的像素时，就能够重复边缘的像素来更精确地估计最终的值了。

我做了一些测试：当时默认的repeat的时候边缘是这样的