14/src/main.cpp

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <GLM/glm.hpp>

#include <iostream>

#include "Scene.h"
#include "Shader.h"
#include "Lights.h"

#define WINDOW_CAPTION "OPENGL notes on rekovalev.site"

// Указатели на текстуры для изменения размеров окна
Texture* pgPosition = NULL;
Texture* pgNormal = NULL;
Texture* pgDiffuseP = NULL;
Texture* pgAmbientSpecular = NULL;
RBO*     pgrbo = NULL;
Texture* pssaoTexture = NULL;
// Размеры окна
int WINDOW_WIDTH = 800;
int WINDOW_HEIGHT = 600;

// Функция-callback для изменения размеров буфера кадра в случае изменения размеров поверхности окна
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
    
    // Изменение размеров текстур для G-буфера
    if (pgPosition)
        pgPosition->reallocate(width, height, 0, GL_RGB32F, GL_RGB);
    if (pgNormal)
        pgNormal->reallocate(width, height, 1, GL_RGB16F, GL_RGB); 
    if (pgDiffuseP)
        pgDiffuseP->reallocate(width, height, 2, GL_RGBA16F); 
    if (pgAmbientSpecular)
        pgAmbientSpecular->reallocate(width, height, 3); 
    // И буфера глубины
    if (pgrbo)
        pgrbo->reallocate(width, height);
    // SSAO
    if (pssaoTexture)
        pssaoTexture->reallocate(width, height, 6, GL_RED, GL_RED);

    // Запомним новые размеры окна
    WINDOW_WIDTH = width;
    WINDOW_HEIGHT = height;

    // Изменим параметры перспективной матрицы проекции для камеры
    Camera::current().setPerspective(CAMERA_FOVy, (float)width/height);
}
 
bool firstMouse = true;
float lastX, lastY;

void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xpos, double ypos)
{
    if (firstMouse)
    {
        lastX = xpos;
        lastY = ypos;
        firstMouse = false;
    }
  
    glm::vec2 offset(xpos - lastX, lastY - ypos); 
    lastX = xpos;
    lastY = ypos;

    Camera::current().rotate(offset);
}  

int main(void)
{
    GLFWwindow* window; // Указатель на окно GLFW3

    // Инициализация GLFW3
    if (!glfwInit())
    {
        std::cout << "GLFW init error\n";
        return -1;
    }

    // Завершение работы с GLFW3 перед выходом
    atexit(glfwTerminate);

    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4); // Мажорная версия спецификаций OpenGL
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6); // Минорная версия спецификаций OpenGL
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE); // Контекст OpenGL, который поддерживает только основные функции
 
    // Создание окна GLFW3 с заданными шириной, высотой и заголовком окна
    window = glfwCreateWindow(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, WINDOW_CAPTION, NULL, NULL);
    if (!window)
    {
        std::cout << "GLFW create window error\n";
        return -1;
    }

    // Установка основного контекста окна
    glfwMakeContextCurrent(window);
    // Установка callback-функции для изменения размеров окна и буфера кадра
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
    
    glfwSwapInterval(1); // Вертикальная синхронизация

    // Установка callback-функции для мыши и камеры
    glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);

    // Загрузка функций OpenGL с помощью GLAD
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "GLAD load GL error\n";
        return -1;
    }

    // Включаем проверку по буферу глубины
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    // Шейдер для G-буфера
    ShaderProgram gShader;
    // Загрузка и компиляция шейдеров
    gShader.load(GL_VERTEX_SHADER, "shaders/gshader.vert");
    gShader.load(GL_FRAGMENT_SHADER, "shaders/gshader.frag");
    gShader.link();
    // Установим значения текстур
    const char* textures_base_shader_names[] = {"tex_diffuse", "tex_ambient", "tex_specular"};
    gShader.bindTextures(textures_base_shader_names, sizeof(textures_base_shader_names)/sizeof(const char*));

    // Загрузка сцены из obj файла
    Scene scene = loadOBJtoScene("../resources/models/blob.obj", "../resources/models/", "../resources/textures/"); 
    scene.root.e_scale() = glm::vec3(0.01);
    scene.root.e_position().z = 1;
    scene.models.begin()->material.kd = {0.5,0.5,0.5};
    scene.models.begin()->material.ka = {0.2,0.2,0.2};
    
    // Установка цвета очистки буфера цвета
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);

    // Сдвинем направленный источник света и камеру
    Sun::get().e_direction().z = -1.0;
    Camera::current().e_position().x = 0.3f;

    // Источники света
    Light& first = Light::getNew();
    first.e_color() = {1.0f, 0.0f, 0.0f}; // цвет
    first.e_position() = {0.3f, 0.0f, 0.6f}; // Позиция
    first.e_angle() = 100.0f;
    Light& second = Light::getNew();
    second.e_color() = {0.0f, 0.0f, 1.0f}; // цвет
    second.e_position() = {-0.3f, 0.3f, 0.5f}; // Позиция

    // Uniform-буферы
    UBO cameraUB(sizeof(CameraData), 0);
    UBO material_data(sizeof(Material), 1);
    UBO light_data(Light::getUBOsize(), 2);
    UBO sun_data(sizeof(Sun), 3);

    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR); // Использование уменьшенных версий mipmap  

    // Создадим G-буфер с данными о используемых привязках
    GLuint attachments[] = { GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_COLOR_ATTACHMENT1, GL_COLOR_ATTACHMENT2, GL_COLOR_ATTACHMENT3 };
    FBO gbuffer(attachments, sizeof(attachments) / sizeof(GLuint));
    // Создадим текстуры для буфера кадра
    Texture gPosition(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GL_COLOR_ATTACHMENT0, 0, GL_RGB32F, GL_RGB); // Позиция вершины
    Texture gNormal(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GL_COLOR_ATTACHMENT1, 1, GL_RGB16F, GL_RGB); // Нормали
    Texture gDiffuseP(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GL_COLOR_ATTACHMENT2, 2, GL_RGBA16F); // Диффузная составляющая и коэф. глянцевости
    Texture gAmbientSpecular(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GL_COLOR_ATTACHMENT3, 3); // Фоновая составляющая и один канал зеркальной
    // Создадим буфер рендера под буфер глубины и привяжем его
    RBO grbo(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT);
    gbuffer.assignRenderBuffer(grbo.getHandler());
    // Активируем базовый буфер кадра
    FBO::useDefault();

    // Сохраним указатели на текстуры для изменения размеров окна
    pgPosition = &gPosition;
    pgNormal = &gNormal;
    pgDiffuseP = &gDiffuseP;
    pgAmbientSpecular = &gAmbientSpecular;
    pgrbo = &grbo;

    // Шейдер для расчета освещенности
    ShaderProgram lightShader;
    // Загрузка и компиляция шейдеров
    lightShader.load(GL_VERTEX_SHADER, "shaders/quad.vert");
    lightShader.load(GL_FRAGMENT_SHADER, "shaders/lighting.frag");
    lightShader.link();
    const char* gtextures_shader_names[]  = {"gPosition", "gNormal", "gDiffuseP", "gAmbientSpecular", "sunShadowDepth", "pointShadowDepth"};
    lightShader.bindTextures(gtextures_shader_names, sizeof(gtextures_shader_names)/sizeof(const char*));
    // Загрузка данных о границах каскадов
    glUniform1fv(lightShader.getUniformLoc("camera_cascade_distances"), CAMERA_CASCADE_COUNT, &camera_cascade_distances[1]);

    glm::vec3 quadVertices[] = { {-1.0f,  1.0f, 0.0f}
                               , {-1.0f, -1.0f, 0.0f}
                               , { 1.0f,  1.0f, 0.0f}
                               , { 1.0f, -1.0f, 0.0f}
                               };

    GLuint quadIndices[] = {0,1,2,2,1,3};

    Model quadModel;
    quadModel.load_verteces(quadVertices, 4);
    quadModel.load_indices(quadIndices, 6);

    // Размер текстуры тени от солнца
    const GLuint sunShadow_resolution = 1024;
    // Создадим буфер кадра для рендера теней
    FBO sunShadowBuffer;
    // Создадим текстуры для буфера кадра
    TextureArray sunShadowDepth(CAMERA_CASCADE_COUNT, sunShadow_resolution, sunShadow_resolution, GL_DEPTH_ATTACHMENT, 4, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_DEPTH_COMPONENT);
    // Правка фантомных теней
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D_ARRAY, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_BORDER);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D_ARRAY, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_BORDER);
    float shadowBorderColor[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
    glTexParameterfv(GL_TEXTURE_2D_ARRAY, GL_TEXTURE_BORDER_COLOR, shadowBorderColor);
    // Отключим работу с цветом
    glDrawBuffer(GL_NONE);
    glReadBuffer(GL_NONE);
    // Активируем базовый буфер кадра
    FBO::useDefault();

    // Шейдер для расчета теней
    ShaderProgram sunShadowShader;
    // Загрузим шейдер
    sunShadowShader.load(GL_VERTEX_SHADER, "shaders/sun_shadow.vert");
    sunShadowShader.load(GL_GEOMETRY_SHADER, "shaders/sun_shadow.geom");
    sunShadowShader.load(GL_FRAGMENT_SHADER, "shaders/empty.frag");
    sunShadowShader.link();
    
    // Размер одной стороны кубической карты
    const GLuint pointShadow_resolution = 500;
    // Создадим буфер кадра для рендера теней от источников света
    FBO pointShadowBuffer;
    // Создадим текстуры для буфера кадра
    TextureCubeArray pointShadowDepth(MAX_LIGHTS, pointShadow_resolution, pointShadow_resolution, GL_DEPTH_ATTACHMENT, 5, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_DEPTH_COMPONENT);
    // Отключим работу с цветом
    glDrawBuffer(GL_NONE);
    glReadBuffer(GL_NONE);
    // Активируем базовый буфер кадра
    FBO::useDefault();

    // Шейдер для расчета теней от точечных источников
    ShaderProgram pointShadowShader;
    // Загрузим шейдер
    pointShadowShader.load(GL_VERTEX_SHADER, "shaders/sun_shadow.vert");
    pointShadowShader.load(GL_GEOMETRY_SHADER, "shaders/point_shadow.geom");
    pointShadowShader.load(GL_FRAGMENT_SHADER, "shaders/point_shadow.frag");
    pointShadowShader.link();

    // Создадим буфер для вычисления SSAO
    GLuint attachments_ssao[] = { GL_COLOR_ATTACHMENT0 };
    FBO ssaoBuffer(attachments_ssao, sizeof(attachments_ssao) / sizeof(GLuint));
    // Создадим текстуры для буфера кадра
    Texture ssaoTexture(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GL_COLOR_ATTACHMENT0, 6, GL_RED, GL_RED);
    pssaoTexture = &ssaoTexture;
    // Активируем базовый буфер кадра
    FBO::useDefault();

    // Модель прямоугольника
    Model rectangle; 

    // Вершины прямоугольника
    glm::vec3 rectangle_verticies[] = {  {-0.5f, 0.0f, -0.5f}
                                       , { 0.5f, 0.0f, -0.5f}
                                       , { 0.5f, 0.0f,  0.5f}
                                       , {-0.5f, 0.0f,  0.5f}
                                    };
    // Загрузка вершин модели
    rectangle.load_verteces(rectangle_verticies, sizeof(rectangle_verticies)/sizeof(glm::vec3));

    // индексы вершин
    GLuint rectangle_indices[] = {0, 1, 2, 2, 3, 0}; 
    // Загрузка индексов модели
    rectangle.load_indices(rectangle_indices, sizeof(rectangle_indices)/sizeof(GLuint));

    // Нормали
    glm::vec3 rectangle_normals[] = {  {0.0f, 1.0f, 0.0f}
                                     , {0.0f, 1.0f, 0.0f}
                                     , {0.0f, 1.0f, 0.0f}
                                     , {0.0f, 1.0f, 0.0f}
                                    };
    // Загрузка нормалей модели
    rectangle.load_normals(rectangle_normals, sizeof(rectangle_normals)/sizeof(glm::vec3));

    // Зададим горизонтальное положение перед камерой
    rectangle.e_position().y = -1;
    rectangle.e_position().z = 2;
    rectangle.e_scale() = glm::vec3(4);

    // Параметры материала
    rectangle.material.ka = {0.2, 0.2, 0.2};
    rectangle.material.kd = {0.9, 0.9, 0.9};

    // Шейдер для рисования отладочных лампочек
    ShaderProgram bulbShader;
    // Загрузка и компиляция шейдеров
    bulbShader.load(GL_VERTEX_SHADER, "shaders/bulb.vert");
    bulbShader.load(GL_FRAGMENT_SHADER, "shaders/bulb.frag");
    bulbShader.link();
    
    // Вершины для скайбокса
    glm::vec3 skybox_verticies[] = {        
        {-1.0f,  1.0f, -1.0f},
        {-1.0f, -1.0f, -1.0f},
        { 1.0f, -1.0f, -1.0f},
        { 1.0f, -1.0f, -1.0f},
        { 1.0f,  1.0f, -1.0f},
        {-1.0f,  1.0f, -1.0f},

        {-1.0f, -1.0f,  1.0f},
        {-1.0f, -1.0f, -1.0f},
        {-1.0f,  1.0f, -1.0f},
        {-1.0f,  1.0f, -1.0f},
        {-1.0f,  1.0f,  1.0f},
        {-1.0f, -1.0f,  1.0f},

        { 1.0f, -1.0f, -1.0f},
        { 1.0f, -1.0f,  1.0f},
        { 1.0f,  1.0f,  1.0f},
        { 1.0f,  1.0f,  1.0f},
        { 1.0f,  1.0f, -1.0f},
        { 1.0f, -1.0f, -1.0f},

        {-1.0f, -1.0f,  1.0f},
        {-1.0f,  1.0f,  1.0f},
        { 1.0f,  1.0f,  1.0f},
        { 1.0f,  1.0f,  1.0f},
        { 1.0f, -1.0f,  1.0f},
        {-1.0f, -1.0f,  1.0f},

        {-1.0f,  1.0f, -1.0f},
        { 1.0f,  1.0f, -1.0f},
        { 1.0f,  1.0f,  1.0f},
        { 1.0f,  1.0f,  1.0f},
        {-1.0f,  1.0f,  1.0f},
        {-1.0f,  1.0f, -1.0f},

        {-1.0f, -1.0f, -1.0f},
        {-1.0f, -1.0f,  1.0f},
        { 1.0f, -1.0f, -1.0f},
        { 1.0f, -1.0f, -1.0f},
        {-1.0f, -1.0f,  1.0f},
        { 1.0f, -1.0f,  1.0f}
    };
    // Модель скайбокса
    Model skybox;
    skybox.load_verteces(skybox_verticies, sizeof(skybox_verticies)/sizeof(glm::vec3));
    TextureCube skybox_texture(TEX_DIFFUSE, {  "../resources/textures/skybox/px.jpg"
                                             , "../resources/textures/skybox/nx.jpg"
                                             , "../resources/textures/skybox/py.jpg"
                                             , "../resources/textures/skybox/ny.jpg"
                                             , "../resources/textures/skybox/pz.jpg"
                                             , "../resources/textures/skybox/nz.jpg"
                                            });

    // Шейдер для скайбокса
    ShaderProgram skyboxShader;
    // Загрузим шейдеры
    skyboxShader.load(GL_VERTEX_SHADER, "shaders/skybox.vert");
    skyboxShader.load(GL_FRAGMENT_SHADER, "shaders/skybox.frag");
    skyboxShader.link();
    // Привязка текстуры скайбокса
    const char* skybox_shader_names[]  = {"skybox"};
    skyboxShader.bindTextures(skybox_shader_names, sizeof(skybox_shader_names)/sizeof(const char*));
    

    // Пока не произойдет событие запроса закрытия окна
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // Загрузка данных о камере
        cameraUB.loadSub(&Camera::current().getData(), sizeof(CameraData));
        // Загрузим информацию об источниках света
        Light::upload(light_data);
        // Загружаем информацию о направленном источнике
        Sun::upload(sun_data);

        // Активируем G-кадра
        gbuffer.use();
        // Используем шейдер с освещением
        gShader.use();
        // Очистка буфера цвета и глубины
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

        // Тут производится рендер
        scene.render(gShader, material_data);
        rectangle.render(gShader, material_data);

        // Изменим размер вывода для тени
        glViewport(0, 0, sunShadow_resolution, sunShadow_resolution);
        // Активируем буфер кадра для теней от солнца
        sunShadowBuffer.use();
        // Подключим шейдер для расчета теней
        sunShadowShader.use();
        // Очистка буфера глубины
        glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        // Рендерим геометрию в буфер глубины
        scene.render(sunShadowShader, material_data);
        rectangle.render(sunShadowShader, material_data);

        // Изменим размер вывода для стороны кубической карты точечного источника
        glViewport(0, 0, pointShadow_resolution, pointShadow_resolution);
        // Активируем буфер кадра для теней от солнца
        pointShadowBuffer.use();
        // Подключим шейдер для расчета теней
        pointShadowShader.use();
        // Очистка буфера глубины
        glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        // Для каждого источника вызывается рендер сцены
        for (int i = 0; i < Light::getCount(); i++)
        {
            glUniform1i(pointShadowShader.getUniformLoc("light_i"), i);
            // Рендерим геометрию в буфер глубины
            scene.render(pointShadowShader, material_data);  
            rectangle.render(pointShadowShader, material_data);
        }

        // Изменим размер вывода для окна
        glViewport(0, 0, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT);
        // Активируем базовый буфер кадра
        FBO::useDefault();
        // Подключаем шейдер для прямоугольника
        lightShader.use();
        // Очистка буфера цвета и глубины
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        // Подключаем текстуры G-буфера
        gPosition.use();
        gNormal.use();
        gDiffuseP.use();
        gAmbientSpecular.use();
        // Подключаем текстуры теней
        sunShadowDepth.use();
        pointShadowDepth.use();
        // Рендерим прямоугольник с расчетом освещения
        quadModel.render();

        // Перенос буфера глубины
        FBO::useDefault(GL_DRAW_FRAMEBUFFER); // Базовый в режиме записи
        gbuffer.use(GL_READ_FRAMEBUFFER); // Буфер геометрии в режиме чтения
        // Копирование значений глубины 
        glBlitFramebuffer(0, 0, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, 0, 0, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GL_DEPTH_BUFFER_BIT, GL_NEAREST);
        FBO::useDefault(); // Использование базового буфера для дальнейших работ

        // Отрисовка скайбокса без записи глубины
        glDepthMask(GL_FALSE);
        // Используем шейдер для скайбокса
        skyboxShader.use();
        // Подключаем текстуру скайбокса
        skybox_texture.use();
        // Рендерим куб
        skybox.render();
        // Возвращаем запись глубины
        glDepthMask(GL_TRUE);
        
        // Отрисовка отладочных лампочек со специальным шейдером
        bulbShader.use();
        Light::render(bulbShader, material_data);

        // Представление содержимого буфера цепочки показа на окно
        glfwSwapBuffers(window);
        // Обработка системных событий
        glfwPollEvents();
    }
    
    return 0;
}