【Qt GUI徹底解説】OpenGL拡張機能QOpenGLExtraFunctions::glUniformMatrix2x4fv()で2x4行列を自在に操る
この解説では、Qt GUIプログラミングにおいて、OpenGL拡張機能であるQOpenGLExtraFunctionsクラスのglUniformMatrix2x4fv()関数を用いた、2x4行列のユニフォーム設定について詳細に解説します。
glUniformMatrix2x4fv()関数は、OpenGLシェーダープログラム内で、指定されたユニフォーム変数に、2x4行列データを転送するために使用されます。この関数は、行列データをfloat型の配列として受け取り、シェーダープログラムで利用できるように設定します。
関数引数
- value
転送する行列データの配列 - transpose
転送する行列データを転置するかどうかを示すフラグ (GL_FALSE: 転置しない、GL_TRUE: 転置する) - count
転送する行列データの個数 - location
ユニフォーム変数のロケーション - programID
シェーダープログラムのID
関数動作
- 指定されたシェーダープログラムのIDとユニフォーム変数のロケーションを使用して、ユニフォーム変数の場所を特定します。
- 転送する行列データの個数と転置フラグに基づいて、適切な形式でデータを準備します。
- 準備された行列データをOpenGLに送信し、指定されたユニフォーム変数に設定します。
コード例
// シェーダープログラムのID取得
GLuint programID = shaderProgram->programId();
// ユニフォーム変数のロケーション取得
GLint location = glGetUniformLocation(programID, "myMatrix");
// 転送する行列データの準備
float matrixData[] = {
1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
};
// ユニフォーム変数に行列データを設定
glUniformMatrix2x4fv(location, 1, GL_FALSE, matrixData);
- ユニフォーム変数に設定する行列データは、シェーダープログラム内で使用される必要があります。
- 転置フラグは、行列データの転置が必要かどうかを指定します。転置が必要ない場合はGL_FALSE、必要な場合はGL_TRUEを設定します。
- 転送する行列データは、float型の配列として準備する必要があります。
- ユニフォーム変数のロケーションは、glGetUniformLocation()関数を使用して取得する必要があります。
- OpenGLは複雑なグラフィックライブラリであり、習得には時間がかかります。プログラミング前に、OpenGLの基本的な概念を理解しておくことをお勧めします。
- この解説は、Qt GUIプログラミングにおけるQOpenGLExtraFunctions::glUniformMatrix2x4fv()関数の基本的な使用方法を説明しています。詳細な情報については、QtドキュメントおよびOpenGLドキュメントを参照してください。
main.cpp
#include <QApplication>
#include <QGLWidget>
class MyGLWidget : public QGLWidget {
public:
MyGLWidget() {
setFormat(QGLFormat(QGL::SingleBuffer | QGL::DepthBuffer));
}
protected:
void initializeGL() override {
// シェーダープログラムの作成
GLuint vertexShaderID = compileShader(GL_VERTEX_SHADER, "vertexShader.vert");
GLuint fragmentShaderID = compileShader(GL_FRAGMENT_SHADER, "fragmentShader.frag");
shaderProgram = glCreateProgram();
glAttachShader(shaderProgram, vertexShaderID);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShaderID);
glLinkProgram(shaderProgram);
// ユニフォーム変数のロケーション取得
location = glGetUniformLocation(shaderProgram, "myMatrix");
// 四角形の頂点データ準備
GLfloat vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.5f, -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の作成
glGenBuffers(1, &vbo);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// OpenGLの設定
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
void paintGL() override {
// シェーダープログラムの使用
glUseProgram(shaderProgram);
// モデルビュー行列の作成
QMatrix4x4 mvMatrix;
mvMatrix.rotate(45.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
// モデルビュー行列をglUniformMatrix2x4fv()関数に転送
glUniformMatrix2x4fv(location, 1, GL_FALSE, mvMatrix.data());
// 頂点バッファオブジェクトのバインド
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
// 頂点属性の設定
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
// 四角形の描画
glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);
}
private:
GLuint shaderProgram;
GLint location;
GLuint vbo;
GLuint compileShader(GLenum type, const char* filename) {
GLuint shaderID = glCreateShader(type);
glShaderSource(shaderID, 1, &filename, nullptr);
glCompileShader(shaderID);
GLint compileStatus;
glGetShaderiv(shaderID, GL_COMPILE_STATUS, &compileStatus);
if (compileStatus != GL_TRUE) {
qDebug() << "Shader compilation failed: " << filename;
glDeleteShader(shaderID);
return 0;
}
return shaderID;
}
};
int main(int argc, char* argv[]) {
QApplication app(argc, argv);
MyGLWidget widget;
widget.show();
return app.exec();
}
vertexShader.vert
#version 330
layout (location = 0) in vec3 position;
uniform mat2x4 myMatrix;
void main() {
gl_Position = myMatrix * vec4(position, 1.0f);
}
#version 330
out vec4 color;
void main() {
color = vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
}
Qt GUIプログラミングにおいて、OpenGL拡張機能であるQOpenGLExtraFunctionsクラスのglUniformMatrix2x4fv()関数は、2x4行列のユニフォーム設定に用いられます。しかし、glUniformMatrix2x4fv()関数にはいくつかの制限があり、状況によっては代替方法の方が適している場合があります。
glUniformMatrix2x4fv()の制限
- 転置フラグを使用して、行列データの転置が必要かどうかを明示的に指定する必要がある
- 転送する行列データをfloat型の配列として準備する必要がある
- シェーダープログラム内で使用できる行列のサイズが2x4に限定される
代替方法
glUniformMatrix2x4fv()関数の代替方法として、以下の方法が考えられます。
QUniformValue::setMatrix()関数を使用する
QUniformValueクラスのsetMatrix()関数を使用して、ユニフォーム変数に2x4行列を設定することができます。この方法は、glUniformMatrix2x4fv()関数よりも簡潔で、行列データをfloat型の配列として準備する必要がありません。
// シェーダープログラムのID取得
GLuint programID = shaderProgram->programId();
// ユニフォーム変数のロケーション取得
GLint location = glGetUniformLocation(programID, "myMatrix");
// QUniformValueオブジェクトの作成
QUniformValue uniformValue;
// 2x4行列データをQMatrix4x4オブジェクトに格納
QMatrix4x4 matrixData;
// ... (行列データの準備)
// QMatrix4x4オブジェクトをQUniformValueオブジェクトに設定
uniformValue.setMatrix(matrixData);
// ユニフォーム変数にQUniformValueオブジェクトを設定
glUniform(location, uniformValue);
シェーダープログラムで行列データを直接定義する
シェーダープログラム内で、行列データを直接定義することができます。この方法は、glUniformMatrix2x4fv()関数やQUniformValue::setMatrix()関数を使用するよりも効率的ですが、シェーダープログラムの可読性が低下する可能性があります。
#version 330
layout (location = 0) in vec3 position;
uniform mat2x4 myMatrix = mat2x4(
1.0f, 0.0f,
0.0f, 1.0f
);
void main() {
gl_Position = myMatrix * vec4(position, 1.0f);
}
OpenGL ES 2.0のglUniformMatrix4fv()関数を使用する
Qt 5.15以降では、OpenGL ES 2.0のglUniformMatrix4fv()関数をQOpenGLExtraFunctionsクラスで利用することができます。glUniformMatrix4fv()関数は、glUniformMatrix2x4fv()関数よりも汎用性が高く、任意サイズの行列を転送することができます。
// QOpenGLExtraFunctions2オブジェクトの作成
QOpenGLExtraFunctions2* functions = new QOpenGLExtraFunctions2(context);
// シェーダープログラムのID取得
GLuint programID = shaderProgram->programId();
// ユニフォーム変数のロケーション取得
GLint location = glGetUniformLocation(programID, "myMatrix");
// 2x4行列データをfloat型の配列に変換
float matrixData[16];
QMatrix4x4(matrixData).toOpenGLMatrix(matrixData);
// glUniformMatrix4fv()関数を使用して行列データを転送
functions->glUniformMatrix4fv(location, 1, GL_FALSE, matrixData);
最適な方法の選択
上記の代替方法はそれぞれ異なるメリットとデメリットがあります。状況に応じて最適な方法を選択することが重要です。
- シェーダープログラムの可読性を重視する場合は、シェーダープログラム内で行列データを直接定義するのがおすすめです。
- パフォーマンスと汎用性を重視する場合は、OpenGL ES 2.0のglUniformMatrix4fv()関数を使用するのがおすすめです。
- 簡潔性と使いやすさを重視する場合は、QUniformValue::setMatrix()関数を使用するのがおすすめです。
- OpenGL ES 2.0のglUniformMatrix4fv()関数は、OpenGL 3.x/4.xでは
- 上記の代替方法は、Qt 5.15以降で使用可能です。それ以前のバージョンのQtを使用している場合は、glUniformMatrix2x4fv()関数を使用する必要があります。