glLineStipple 在 OpenGL 3.1 中已弃用

Question

glLineStipple 在最新的 OpenGL API 中已被弃用。 它用什么代替？ 如果不更换，如何获得类似的效果？ （我当然不想使用兼容性配置文件......）

Answer 1

对不起，它没有被任何东西取代。我想到的第一个模拟它的想法是几何着色器。您向几何着色器提供一条线，计算其屏幕空间长度，并在此基础上在其开始和结束顶点之间生成可变数量的子线。

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编辑：也许您还可以使用 alpha（或红色）通道将图案编码为 0.0（无线）或 1.0（线）的 1D 纹理，然后让线条纹理坐标变为从 0 到 1 并在片段 chader 中进行简单的 alpha 测试，丢弃 alpha 低于某个阈值的片段。您可以促进几何着色器生成您的线 texCoords，否则您需要为每条线设置不同的顶点。这样，您还可以使 texCoord 依赖于行的屏幕空间长度。

如果您绘制三角形（使用多边形模式GL_LINE），整个事情会变得更加困难。然后，您必须自己在几何着色器中进行三角形线转换，放入三角形并输出线（这也可能是将来弃用多边形模式的原因，如果还没有的话）。

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编辑：虽然我相信这个问题已被放弃，但我为第二种方法制作了一个简单的着色器三元组。这只是一个最小的解决方案，您可以随意添加自定义功能。我没有测试它，因为我缺少必要的硬件，但你应该明白这一点：

uniform mat4 modelViewProj;

layout(location=0) in vec4 vertex;

void main()
{
    gl_Position = modelViewProj * vertex;
}

顶点着色器是一个简单的传递。

layout(lines) in;
layout(line_strip, max_vertices=2) out;

uniform vec2 screenSize;
uniform float patternSize;

noperspective out float texCoord;

void main()
{
    vec2 winPos0 = screenSize.xy * gl_in[0].gl_Position.xy / gl_in[0].gl_Position.w;
    vec2 winPos1 = screenSize.xy * gl_in[1].gl_Position.xy / gl_in[1].gl_Position.w;
    gl_Position = gl_in[0].gl_Position;
    texCoord = 0.0;
    EmitVertex();
    gl_Position = gl_in[1].gl_Position;
    texCoord = 0.5 * length(winPos1-winPos0) / patternSize;
    EmitVertex();
}

在几何着色器中，我们取一条线并计算其屏幕空间长度（以像素为单位）。然后我们将其除以点画图案纹理的大小，当模拟对glLineStipple(factor, pattern) 的调用时，这将是factor*16。将其作为第二条线端点的一维纹理坐标。

请注意，此纹理坐标必须进行线性插值（noperspective 插值说明符）。通常的透视正确插值会导致点画图案“挤在一起”在线的较远部分，而我们正在明确使用屏幕空间值。

uniform sampler1D pattern;
uniform vec4 lineColor;

noperspective in float texCoord;

layout(location=0) out vec4 color;

void main()
{
    if(texture(pattern, texCoord).r < 0.5)
        discard;
    color = lineColor;
}

片段着色器现在只使用来自图案纹理的值执行简单的 alpha 测试，其中包含 1 表示有线条，而 0 表示没有线条。因此，要模拟固定功能点画，您将拥有 16 像素的 1 分量 1D 纹理，而不是 16 位模式。不要忘记将模式的包装模式设置为GL_REPEAT，关于过滤模式我不太确定，但我想GL_NEAREST 会是个好主意。

但如前所述，如果你想使用glPolygonMode 渲染三角形，这种方式是行不通的。相反，您必须调整几何着色器以接受三角形并为每个三角形生成 3 条线。

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编辑： 事实上，OpenGL 3 对着色器中整数运算的直接支持允许我们完全放弃整个 1D 纹理方法并直接使用实际的位模式。因此，几何着色器稍作更改以输出实际屏幕大小的图案坐标，无需归一化：

texCoord = 0.5 * length(winPos1-winPos0);

然后，在片段着色器中，我们只需将位模式作为无符号整数（尽管是 32 位，而 glLineStipple 的 16 位值）和模式的拉伸因子，然后仅获取纹理坐标（嗯, 实际上不再有纹理，但没关系）模 32 得到它在模式上的位置（那些显式的 uints 很烦人，但我的 GLSL 编译器说 int 和 uint 之间的隐式转换是邪恶的）：

uniform uint pattern;
uniform float factor;

...
uint bit = uint(round(linePos/factor)) & 31U;
if((pattern & (1U<<bit)) == 0U)
    discard;

Answer 2

要回答这个问题，我们首先要调查glLineStipple 的实际作用。

看图，左边的四边形是用基本类型GL_LINES的4个分开的线段绘制的。
右边的圆圈是由一条连续的多边形线绘制的，使用基本类型GL_LINE_STRIP。

使用线段时，点画图案从每个线段开始。模式在每个基元处重新启动。
使用线条时，点画图案将无缝应用于整个多边形。超出顶点坐标的无缝连续模式。
请注意，图案的长度在对角线处被拉伸。这可能是实现的关键。

对于单独的线段，这根本不是很复杂，但是对于线条来说，事情变得有点复杂。在不知道线的所有图元的情况下，无法在着色器程序中计算线的长度。即使已知所有原语（例如 SSBO），也必须在循环中完成计算。
另见Dashed lines with OpenGL core profile。

无论如何，没有必要实现几何着色器。诀窍是知道片段着色器中线段的起点。这很容易通过使用 flat 插值限定符来实现。

顶点着色器必须将标准化的设备坐标传递给片段着色器。一次使用默认插值，一次没有（平面）插值。这导致在片段阴影中，第一个输入参数包含行上实际位置的 NDC 坐标，后面是行开始的 NDC 坐标。

#version 330

layout (location = 0) in vec3 inPos;

flat out vec3 startPos;
out vec3 vertPos;

uniform mat4 u_mvp;

void main()
{
    vec4 pos    = u_mvp * vec4(inPos, 1.0);
    gl_Position = pos;
    vertPos     = pos.xyz / pos.w;
    startPos    = vertPos;
}

除了不同的输入，片段着色器还有统一的变量。 u_resolution 包含视口的宽度和高度。 u_factor 和u_pattern 是乘数和根据glLineStipple 的参数的16 位模式。

所以可以计算出从开始到实际片段的线的长度：

vec2  dir  = (vertPos.xy-startPos.xy) * u_resolution/2.0;
float dist = length(dir);

并且可以通过discard 命令丢弃间隙上的片段。

uint bit = uint(round(dist / u_factor)) & 15U;
if ((u_pattern & (1U<<bit)) == 0U)
    discard; 

片段着色器：

#version 330

flat in vec3 startPos;
in vec3 vertPos;

out vec4 fragColor;

uniform vec2  u_resolution;
uniform uint  u_pattern;
uniform float u_factor;

void main()
{
    vec2  dir  = (vertPos.xy-startPos.xy) * u_resolution/2.0;
    float dist = length(dir);

    uint bit = uint(round(dist / u_factor)) & 15U;
    if ((u_pattern & (1U<<bit)) == 0U)
        discard; 
    fragColor = vec4(1.0);
}

与使用几何着色器相比，此实现更简单、更短。从GLSL 1.30 和GLSL ES 3.00 开始支持flat 插值限定符。此版本不支持几何着色器。
查看使用上述着色器生成的线条渲染。

着色器给出了正确的线段结果，但线段失败，因为点画图案在每个顶点坐标处重新开始。
这个问题甚至不能通过几何着色器来解决。这部分问题仍未解决。

对于以下简单的演示程序，我使用GLFW API 创建一个窗口，GLEW 用于加载 OpenGL，GLM -OpenGL Mathematics 用于数学运算。我不提供函数CreateProgram的代码，它只是从顶点着色器和片段着色器源代码中创建一个程序对象：

#include <vector>
#include <string>
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
#include <gl/gl_glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

std::string vertShader = R"(
#version 330

layout (location = 0) in vec3 inPos;

flat out vec3 startPos;
out vec3 vertPos;

uniform mat4 u_mvp;

void main()
{
    vec4 pos    = u_mvp * vec4(inPos, 1.0);
    gl_Position = pos;
    vertPos     = pos.xyz / pos.w;
    startPos    = vertPos;
}
)";

std::string fragShader = R"(
#version 330

flat in vec3 startPos;
in vec3 vertPos;

out vec4 fragColor;

uniform vec2  u_resolution;
uniform uint  u_pattern;
uniform float u_factor;

void main()
{
    vec2  dir  = (vertPos.xy-startPos.xy) * u_resolution/2.0;
    float dist = length(dir);

    uint bit = uint(round(dist / u_factor)) & 15U;
    if ((u_pattern & (1U<<bit)) == 0U)
        discard; 
    fragColor = vec4(1.0);
}
)";

GLuint CreateVAO(std::vector<glm::vec3> &varray)
{
    GLuint bo[2], vao;
    glGenBuffers(2, bo);
    glGenVertexArrays(1, &vao);
    glBindVertexArray(vao);
    glEnableVertexAttribArray(0); 
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bo[0] );
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, varray.size()*sizeof(*varray.data()), varray.data(), GL_STATIC_DRAW);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0); 

    return vao;
}

int main(void)
{
    if ( glfwInit() == 0 )
        return 0;
    GLFWwindow *window = glfwCreateWindow( 800, 600, "GLFW OGL window", nullptr, nullptr );
    if ( window == nullptr )
        return 0;
    glfwMakeContextCurrent(window);

    glewExperimental = true;
    if ( glewInit() != GLEW_OK )
        return 0;

    GLuint program    = CreateProgram(vertShader, fragShader);
    GLint loc_mvp     = glGetUniformLocation(program, "u_mvp");
    GLint loc_res     = glGetUniformLocation(program, "u_resolution");
    GLint loc_pattern = glGetUniformLocation(program, "u_pattern");
    GLint loc_factor  = glGetUniformLocation(program, "u_factor");

    glUseProgram(program);

    GLushort pattern = 0x18ff;
    GLfloat  factor  = 2.0f;
    glUniform1ui(loc_pattern, pattern);
    glUniform1f(loc_factor, factor);
    //glLineStipple(2.0, pattern);
    //glEnable(GL_LINE_STIPPLE);

    glm::vec3 p0(-1.0f, -1.0f, 0.0f);
    glm::vec3 p1(1.0f, -1.0f, 0.0f);
    glm::vec3 p2(1.0f, 1.0f, 0.0f);
    glm::vec3 p3(-1.0f, 1.0f, 0.0f);
    std::vector<glm::vec3> varray1{ p0, p1, p1, p2, p2, p3, p3, p0 };
    GLuint vao1 = CreateVAO(varray1);

    std::vector<glm::vec3> varray2;
    for (size_t u=0; u <= 360; u += 8)
    {
        double a = u*M_PI/180.0;
        double c = cos(a), s = sin(a);
        varray2.emplace_back(glm::vec3((float)c, (float)s, 0.0f));
    }
    GLuint vao2 = CreateVAO(varray2);

    glm::mat4(project);
    int vpSize[2]{0, 0};
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        int w, h;
        glfwGetFramebufferSize(window, &w, &h);
        if (w != vpSize[0] ||  h != vpSize[1])
        {
            vpSize[0] = w; vpSize[1] = h;
            glViewport(0, 0, vpSize[0], vpSize[1]);
            float aspect = (float)w/(float)h;
            project = glm::ortho(-aspect, aspect, -1.0f, 1.0f, -10.0f, 10.0f);
            glUniform2f(loc_res, (float)w, (float)h);
        }

        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        glm::mat4 modelview1( 1.0f );
        modelview1 = glm::translate(modelview1, glm::vec3(-0.6f, 0.0f, 0.0f) );
        modelview1 = glm::scale(modelview1, glm::vec3(0.5f, 0.5f, 1.0f) );
        glm::mat4 mvp1 = project * modelview1;

        glUniformMatrix4fv(loc_mvp, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(mvp1));
        glBindVertexArray(vao1);
        glDrawArrays(GL_LINES, 0, (GLsizei)varray1.size());

        glm::mat4 modelview2( 1.0f );
        modelview2 = glm::translate(modelview2, glm::vec3(0.6f, 0.0f, 0.0f) );
        modelview2 = glm::scale(modelview2, glm::vec3(0.5f, 0.5f, 1.0f) );
        glm::mat4 mvp2 = project * modelview2;

        glUniformMatrix4fv(loc_mvp, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(mvp2));
        glBindVertexArray(vao2);
        glDrawArrays(GL_LINE_STRIP, 0, (GLsizei)varray2.size());

        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }
    glfwTerminate();

    return 0;
}

---

另请参阅
Dashed line in OpenGL3?
OpenGL ES - Dashed Lines

Answer 3

由于我为弄好它而费了一番功夫（不是双关语），我认为如果我分享我的一组基于 Christian Rau 版本的点画着色器的实现，它可能对其他人有用。 为了控制图案密度，片段着色器需要每单位视口长度的图案数量nPatterns - 而不是设置因子。还包括一个可选的剪裁平面功能。 剩下的主要是评论和清理。

免费用于所有意图和目的。

顶点着色器：

#version 330

in vec4 vertex;

void main(void)
{
    // just a pass-through
    gl_Position = vertex;
}

几何着色器：

#version 330

layout(lines) in;
layout(line_strip, max_vertices = 2) out;

uniform mat4 pvmMatrix;
uniform mat4 mMatrix;
uniform mat4 vMatrix;


out vec3 vPosition;  // passed to the fragment shader for plane clipping
out float texCoord;  // passed to the fragment shader for stipple pattern

void main(void)
{
    // to achieve uniform pattern density whatever the line orientation
    // the upper texture coordinate is made proportional to the line's length
    vec3 pos0 = gl_in[0].gl_Position.xyz;
    vec3 pos1 = gl_in[1].gl_Position.xyz;
    float max_u_texture = length(pos1 - pos0);

    // Line Start
    gl_Position = pvmMatrix * (gl_in[0].gl_Position);
    texCoord = 0.0;
    // depth position for clip plane
    vec4 vsPos0 = vMatrix * mMatrix * gl_Position;
    vPosition = vsPos0.xyz / vsPos0.w;
    EmitVertex();  // one down, one to go

    // Line End
    gl_Position = pvmMatrix * (gl_in[1].gl_Position);
    texCoord = max_u_texture;
    // depth position for clip plane
    vec4 vsPos1 = vMatrix * mMatrix * gl_Position;
    vPosition = vsPos0.xyz / vsPos0.w;
    EmitVertex();

    // done
    EndPrimitive();
}

片段着色器：

#version 330

uniform int pattern;   // an integer between 0 and 0xFFFF representing the bitwise pattern
uniform int nPatterns; // the number of patterns/unit length of the viewport, typically 200-300 for good pattern density
uniform vec4 color;
uniform vec4 clipPlane0; // defined in view-space

in float texCoord;

in vec3 vPosition;

layout(location=0) out vec4 fragColor;

void main(void)
{
    // test vertex postion vs. clip plane position (optional)
    if (vPosition.z > clipPlane0.w) {
        discard;
        return;
    }

    // use 4 bytes for the masking pattern
    // map the texture coordinate to the interval [0,2*8[
    uint bitpos = uint(round(texCoord * nPatterns)) % 16U;
    // move a unit bit 1U to position bitpos so that
    // bit is an integer between 1 and 1000 0000 0000 0000 = 0x8000
    uint bit = (1U << bitpos);

    // test the bit against the masking pattern
    //  Line::SOLID:       pattern = 0xFFFF;  // = 1111 1111 1111 1111 = solid pattern
    //  Line::DASH:        pattern = 0x3F3F;  // = 0011 1111 0011 1111
    //  Line::DOT:         pattern = 0x6666;  // = 0110 0110 0110 0110
    //  Line::DASHDOT:     pattern = 0xFF18;  // = 1111 1111 0001 1000
    //  Line::DASHDOTDOT:  pattern = 0x7E66;  // = 0111 1110 0110 0110
    uint up = uint(pattern);

    // discard the bit if it doesn't match the masking pattern
    if ((up & bit) == 0U) discard;

    fragColor = color;
}