Qt GUIアプリケーション開発におけるOpenGLシェーダー：ユニフォーム変数操作の重要性と実践ガイド
QOpenGLExtraFunctions::glProgramUniform4uiv()関数は、OpenGLシェーダープログラム内の4つの符号なし整数値を一度に設定するために使用されます。主に、ユニフォーム変数と呼ばれる変数に値を割り当てるために使用されます。
詳細
- ベクトル内の要素数は、4つである必要があります。
- 4つの符号なし整数値を含むベクトルは、
std::vector<unsigned int>などのコンテナー型で使用できます。 - ユニフォーム変数の場所は、
glGetUniformLocation()関数を使用して取得できます。 - プログラムオブジェクトIDは、
glCreateProgram()関数を使用して作成されたOpenGLプログラムオブジェクトを表します。 - 関数は、プログラムオブジェクトID、ユニフォーム変数の場所、4つの符号なし整数値を含むベクトル、ベクトル内の要素数を引数として取ります。
例
// プログラムオブジェクトIDを取得
GLuint programObject = glCreateProgram();
// シェーダーソースコードをコンパイルし、プログラムオブジェクトにアタッチ
// ...
// ユニフォーム変数の場所を取得
GLint uniformLocation = glGetUniformLocation(programObject, "myUniform");
// 4つの符号なし整数値を含むベクトルを作成
std::vector<unsigned int> uniformValues = {1, 2, 3, 4};
// ユニフォーム変数に値を割り当てる
QOpenGLExtraFunctions::glProgramUniform4uiv(programObject, uniformLocation, uniformValues.size(), uniformValues.data());
- 関数を実行する前に、OpenGLコンテキストが有効になっていることを確認する必要があります。
- ベクトル内の要素数は、4つである必要があります。
- ユニフォーム変数の場所は、シェーダーソースコード内で定義する必要があります。
QOpenGLExtraFunctions::glProgramUniform4uiv()関数は、OpenGL 3.1以降でのみ使用できます。
- この解説が、Qt GUIにおける
QOpenGLExtraFunctions::glProgramUniform4uiv()関数の理解に役立つことを願っています。
main.cpp
#include <QApplication>
#include <QMainWindow>
#include <QOpenGLWidget>
#include <QShader>
#include <QOpenGLExtraFunctions>
class MyGLWidget : public QOpenGLWidget {
public:
MyGLWidget() {
setAutoFillBackground(false);
}
protected:
void initializeGL() override {
// シェーダープログラムを作成
QOpenGLShader vertexShader(QOpenGLShader::Vertex);
QOpenGLShader fragmentShader(QOpenGLShader::Fragment);
// 頂点シェーダーソースコード
vertexShader.sourceCode(
"attribute vec3 position;"
"void main() {"
" gl_Position = vec4(position, 1.0);"
"}"
);
// フラグメントシェーダーソースコード
fragmentShader.sourceCode(
"precision highp float;"
"uniform vec4 uniformColor;"
"void main() {"
" gl_FragColor = uniformColor;"
"}"
);
// シェーダーをコンパイル
if (!vertexShader.compile() || !fragmentShader.compile()) {
qWarning("Failed to compile shaders.");
return;
}
// シェーダープログラムを作成
program = new QOpenGLShaderProgram;
program->addShader(&vertexShader);
program->addShader(&fragmentShader);
// シェーダープログラムをリンク
if (!program->link()) {
qWarning("Failed to link shader program.");
return;
}
// 三角形の頂点データを作成
static const GLfloat vertexData[] = {
0.0f, 0.5f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.0f
};
// 頂点バッファオブジェクトを作成
glGenBuffers(1, &vbo);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertexData), vertexData, GL_STATIC_DRAW);
// ユニフォーム変数の場所を取得
uniformColorLocation = program->uniformLocation("uniformColor");
}
void paintGL() override {
// シェーダープログラムを有効化
program->use();
// 頂点バッファオブジェクトをバインド
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
// 頂点属性を有効化
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, nullptr);
glEnableVertexAttribArray(0);
// 三角形を描画
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
// ユニフォーム変数に値を割り当てる
QVector4 uniformValues(0.8f, 0.2f, 0.0f, 1.0f);
QOpenGLExtraFunctions::glProgramUniform4uiv(program->programId(), uniformColorLocation, 1, uniformValues.data());
}
private:
QOpenGLShaderProgram *program;
GLuint vbo;
GLint uniformColorLocation;
};
int main(int argc, char *argv[]) {
QApplication app(argc, argv);
MyGLWidget widget;
widget.resize(800, 600);
widget.show();
return app.exec();
}
vertex.glsl
attribute vec3 position;
void main() {
gl_Position = vec4(position, 1.0);
}
fragment.glsl
precision highp float;
uniform vec4 uniformColor;
void main() {
gl_FragColor = uniformColor;
}
このコードを実行すると、赤い三角形が表示されます。QOpenGLExtraFunctions::glProgramUniform4uiv()関数を使用して、三角形の色を緑色に変更することもできます。
// ...
// ユニフォーム変数に値を割り当てる
QVector4 uniformValues(0.0f,
QOpenGLShaderProgram::setUniformValue()関数
QOpenGLShaderProgram::setUniformValue()関数は、ユニフォーム変数の型に合わせた個別の関数を提供します。例えば、4つの符号なし整数値を含むユニフォーム変数に値を割り当てるには、setUniformValue()関数のvec4u()オーバーロードを使用できます。
// ...
// ユニフォーム変数に値を割り当てる
program->setUniformValue("uniformColor", QVector4u(0.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f));
標準ユニフォームブロックを使用する
OpenGL 3.1以降では、標準ユニフォームブロックを使用して、ユニフォーム変数のグループを一度に設定することができます。標準ユニフォームブロックを使用するには、まずブロックレイアウトを定義する必要があります。
layout(location = 0) uniform block MyBlock {
vec4 uniformColor;
};
次に、QOpenGLShaderProgram::setUniformBlock()関数を使用して、ブロックデータを含むバッファオブジェクトをバインドする必要があります。
// ...
// ブロックデータを含むバッファオブジェクトを作成
GLuint buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BLOCK, buffer);
glBufferData(GL_UNIFORM_BLOCK, sizeof(blockData), &blockData, GL_STATIC_DRAW);
// ユニフォームブロックをバインド
program->setUniformBlock("MyBlock", buffer);
UBO (Uniform Buffer Object) を使用する
Uniform Buffer Object (UBO) は、CPUメモリからGPUメモリにデータを効率的に転送するための手段です。UBOを使用してユニフォーム変数に値を割り当てるには、まずUBOを作成し、データで初期化する必要があります。
// ...
// UBOを作成
GLuint ubo;
glGenBuffers(1, &ubo);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, ubo);
glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, sizeof(blockData), &blockData, GL_STATIC_DRAW);
// UBOをバインド
glBindBufferRange(GL_UNIFORM_BUFFER, 0, ubo, 0, sizeof(blockData));
// シェーダープログラム内のブロック変数にバインドポイントを割り当てる
program->setUniformValue("MyBlock", 0);
サンプラーオブジェクトを使用する
テクスチャデータを含むユニフォーム変数に値を割り当てるには、サンプラーオブジェクトを使用することができます。サンプラーオブジェクトを作成するには、まずテクスチャオブジェクトを作成し、サンプラーパラメータを設定する必要があります。
// ...
// テクスチャオブジェクトを作成
GLuint texture;
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, textureWidth, textureHeight, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, textureData);
// サンプラーオブジェクトを作成
GLuint sampler;
glGenSamplers(1, &sampler);
glSamplerParameteri(sampler, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glSamplerParameteri(sampler, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
// ユニフォーム変数にサンプラーオブジェクトを割り当てる
program->setUniformValue("myTextureSampler", sampler);
最適な方法の選択
使用する方法は、特定の状況によって異なります。
- テクスチャデータを含むユニフォーム変数に値を割り当てる場合は、サンプラーオブジェクトを使用する必要があります。
- 多くのユニフォーム変数に値を割り当てる場合は、標準ユニフォームブロックまたはUBOを使用する方が効率的です。
- 少数のユニフォーム変数に値を割り当てる場合は、
QOpenGLShaderProgram::setUniformValue()関数を使用するのが最も簡単です。
上記以外にも、OpenGLシェーダープログラムのユニフォーム変数に値を割り当てる方法はいくつかあります。詳細については、OpenGLに関するドキュメントを参照してください。