渲染后端加入

Fostbite2D/include/fostbite2D/render/opengl/gl_font_atlas.h

@@ -0,0 +1,85 @@
+#pragma once
+
+#include <fostbite2D/core/color.h>
+#include <fostbite2D/core/math_types.h>
+#include <fostbite2D/core/types.h>
+#include <fostbite2D/render/font.h>
+#include <fostbite2D/render/opengl/gl_texture.h>
+#include <fostbite2D/render/texture.h>
+#include <memory>
+#include <stb/stb_rect_pack.h>
+#include <stb/stb_truetype.h>
+#include <unordered_map>
+#include <vector>
+
+namespace frostbite2D {
+
+// ============================================================================
+// OpenGL 字体图集实现 - 使用 stb_rect_pack 进行矩形打包
+// ============================================================================
+class GLFontAtlas : public FontAtlas {
+public:
+  /**
+   * @brief 构造函数，从字体文件初始化字体图集
+   * @param filepath 字体文件路径
+   * @param fontSize 字体大小（像素）
+   * @param useSDF 是否使用有符号距离场渲染
+   */
+  GLFontAtlas(const std::string &filepath, int fontSize, bool useSDF = false);
+
+  /**
+   * @brief 析构函数
+   */
+  ~GLFontAtlas();
+
+  // FontAtlas 接口实现
+  const Glyph *getGlyph(char32_t codepoint) const override;
+  Texture *getTexture() const override { return texture_.get(); }
+  int getFontSize() const override { return fontSize_; }
+  float getAscent() const override { return ascent_; }
+  float getDescent() const override { return descent_; }
+  float getLineGap() const override { return lineGap_; }
+  float getLineHeight() const override { return ascent_ - descent_ + lineGap_; }
+  Vec2 measureText(const std::string &text) override;
+  bool isSDF() const override { return useSDF_; }
+
+private:
+  // 图集配置 - 增大尺寸以支持更多字符
+  static constexpr int ATLAS_WIDTH = 1024;
+  static constexpr int ATLAS_HEIGHT = 1024;
+  static constexpr int PADDING = 2; // 字形之间的间距
+
+  int fontSize_;
+  bool useSDF_;
+  mutable std::unique_ptr<GLTexture> texture_;
+  mutable std::unordered_map<char32_t, Glyph> glyphs_;
+
+  // stb_rect_pack 上下文
+  mutable stbrp_context packContext_;
+  mutable std::vector<stbrp_node> packNodes_;
+  mutable int currentY_;
+
+  std::vector<unsigned char> fontData_;
+  stbtt_fontinfo fontInfo_;
+  float scale_;
+  float ascent_;
+  float descent_;
+  float lineGap_;
+
+  // 预分配字形位图缓冲区，避免每次动态分配
+  mutable std::vector<uint8_t> glyphBitmapCache_;
+  mutable std::vector<uint8_t> glyphRgbaCache_;
+
+  /**
+   * @brief 创建字体图集纹理
+   */
+  void createAtlas();
+
+  /**
+   * @brief 缓存字形到图集
+   * @param codepoint Unicode码点
+   */
+  void cacheGlyph(char32_t codepoint) const;
+};
+
+} // namespace frostbite2D

Fostbite2D/include/fostbite2D/render/opengl/gl_renderer.h

@@ -0,0 +1,316 @@
+#pragma once
+
+#include <fostbite2D/core/color.h>
+#include <fostbite2D/core/math_types.h>
+#include <fostbite2D/core/types.h>
+#include <fostbite2D/render/font.h>
+#include <fostbite2D/render/opengl/gl_sprite_batch.h>
+#include <fostbite2D/render/shader/shader_interface.h>
+#include <fostbite2D/render/texture.h>
+
+#include <array>
+#include <glad/glad.h>
+#include <vector>
+
+struct SDL_Window;
+
+namespace frostbite2D {
+
+// 混合模式枚举
+enum class BlendMode { None, Alpha, Additive, Multiply };
+
+// 渲染统计信息
+struct RenderStats {
+  uint32_t drawCalls = 0;
+  uint32_t triangleCount = 0;
+};
+
+// ============================================================================
+// OpenGL 渲染器实现
+// ============================================================================
+class GLRenderer {
+public:
+  GLRenderer();
+  ~GLRenderer();
+
+  /**
+   * @brief 初始化OpenGL渲染器
+   * @param window SDL窗口指针
+   * @return 初始化成功返回true，失败返回false
+   */
+  bool init(SDL_Window *window);
+
+  /**
+   * @brief 关闭渲染器，释放所有GPU资源
+   */
+  void shutdown();
+
+  /**
+   * @brief 开始新帧，清除颜色缓冲区并重置统计信息
+   * @param clearColor 清屏颜色
+   */
+  void beginFrame(const Color &clearColor);
+
+  /**
+   * @brief 结束当前帧，刷新所有待处理的渲染批次
+   */
+  void endFrame();
+
+  /**
+   * @brief 设置视口区域
+   * @param x 视口左下角X坐标
+   * @param y 视口左下角Y坐标
+   * @param width 视口宽度
+   * @param height 视口高度
+   */
+  void setViewport(int x, int y, int width, int height);
+
+  /**
+   * @brief 设置垂直同步
+   * @param enabled true启用垂直同步，false禁用
+   */
+  void setVSync(bool enabled);
+
+  /**
+   * @brief 设置混合模式
+   * @param mode 混合模式枚举值
+   */
+  void setBlendMode(BlendMode mode);
+
+  /**
+   * @brief 设置视图投影矩阵
+   * @param matrix 4x4视图投影矩阵
+   */
+  void setViewProjection(const glm::mat4 &matrix);
+
+  /**
+   * @brief 压入变换矩阵到变换栈
+   * @param transform 变换矩阵
+   */
+  void pushTransform(const glm::mat4 &transform);
+
+  /**
+   * @brief 从变换栈弹出顶部变换矩阵
+   */
+  void popTransform();
+
+  /**
+   * @brief 获取当前累积的变换矩阵
+   * @return 当前变换矩阵，如果栈为空则返回单位矩阵
+   */
+  glm::mat4 getCurrentTransform() const;
+
+  /**
+   * @brief 创建纹理对象
+   * @param width 纹理宽度
+   * @param height 纹理高度
+   * @param pixels 像素数据指针
+   * @param channels 颜色通道数
+   * @return 创建的纹理智能指针
+   */
+  Ptr<Texture> createTexture(int width, int height, const uint8_t *pixels,
+                             int channels);
+
+  /**
+   * @brief 从文件加载纹理
+   * @param filepath 纹理文件路径
+   * @return 加载的纹理智能指针
+   */
+  Ptr<Texture> loadTexture(const std::string &filepath);
+
+  /**
+   * @brief 开始精灵批处理
+   */
+  void beginSpriteBatch();
+
+  /**
+   * @brief 绘制精灵（带完整参数）
+   * @param texture 纹理引用
+   * @param destRect 目标矩形（屏幕坐标）
+   * @param srcRect 源矩形（纹理坐标）
+   * @param tint 着色颜色
+   * @param rotation 旋转角度（度）
+   * @param anchor 锚点位置（0-1范围）
+   */
+  void drawSprite(const Texture &texture, const Rect &destRect,
+                  const Rect &srcRect, const Color &tint, float rotation,
+                  const Vec2 &anchor);
+
+  /**
+   * @brief 绘制精灵（简化版本）
+   * @param texture 纹理引用
+   * @param position 绘制位置
+   * @param tint 着色颜色
+   */
+  void drawSprite(const Texture &texture, const Vec2 &position,
+                  const Color &tint);
+
+  /**
+   * @brief 结束精灵批处理并提交绘制
+   */
+  void endSpriteBatch();
+
+  /**
+   * @brief 绘制线段
+   * @param start 起点坐标
+   * @param end 终点坐标
+   * @param color 线条颜色
+   * @param width 线条宽度
+   */
+  void drawLine(const Vec2 &start, const Vec2 &end, const Color &color,
+                float width);
+
+  /**
+   * @brief 绘制矩形边框
+   * @param rect 矩形区域
+   * @param color 边框颜色
+   * @param width 线条宽度
+   */
+  void drawRect(const Rect &rect, const Color &color, float width);
+
+  /**
+   * @brief 填充矩形
+   * @param rect 矩形区域
+   * @param color 填充颜色
+   */
+  void fillRect(const Rect &rect, const Color &color);
+
+  /**
+   * @brief 绘制圆形边框
+   * @param center 圆心坐标
+   * @param radius 半径
+   * @param color 边框颜色
+   * @param segments 分段数
+   * @param width 线条宽度
+   */
+  void drawCircle(const Vec2 &center, float radius, const Color &color,
+                  int segments, float width);
+
+  /**
+   * @brief 填充圆形
+   * @param center 圆心坐标
+   * @param radius 半径
+   * @param color 填充颜色
+   * @param segments 分段数
+   */
+  void fillCircle(const Vec2 &center, float radius, const Color &color,
+                  int segments);
+
+  /**
+   * @brief 绘制三角形边框
+   * @param p1 第一个顶点
+   * @param p2 第二个顶点
+   * @param p3 第三个顶点
+   * @param color 边框颜色
+   * @param width 线条宽度
+   */
+  void drawTriangle(const Vec2 &p1, const Vec2 &p2, const Vec2 &p3,
+                    const Color &color, float width);
+
+  /**
+   * @brief 填充三角形
+   * @param p1 第一个顶点
+   * @param p2 第二个顶点
+   * @param p3 第三个顶点
+   * @param color 填充颜色
+   */
+  void fillTriangle(const Vec2 &p1, const Vec2 &p2, const Vec2 &p3,
+                    const Color &color);
+
+  /**
+   * @brief 绘制多边形边框
+   * @param points 顶点数组
+   * @param color 边框颜色
+   * @param width 线条宽度
+   */
+  void drawPolygon(const std::vector<Vec2> &points, const Color &color,
+                   float width);
+
+  /**
+   * @brief 填充多边形
+   * @param points 顶点数组
+   * @param color 填充颜色
+   */
+  void fillPolygon(const std::vector<Vec2> &points, const Color &color);
+
+  /**
+   * @brief 绘制文本
+   * @param font 字体图集引用
+   * @param text 文本内容
+   * @param position 绘制位置
+   * @param color 文本颜色
+   */
+  void drawText(const FontAtlas &font, const std::string &text,
+                const Vec2 &position, const Color &color);
+
+  /**
+   * @brief 绘制文本（使用浮点坐标）
+   * @param font 字体图集引用
+   * @param text 文本内容
+   * @param x X坐标
+   * @param y Y坐标
+   * @param color 文本颜色
+   */
+  void drawText(const FontAtlas &font, const std::string &text, float x,
+                float y, const Color &color);
+
+  /**
+   * @brief 获取渲染统计信息
+   * @return 渲染统计信息
+   */
+  RenderStats getStats() const { return stats_; }
+
+  /**
+   * @brief 重置渲染统计信息
+   */
+  void resetStats();
+
+private:
+  // 形状批处理常量
+  static constexpr size_t MAX_CIRCLE_SEGMENTS = 128;
+  static constexpr size_t MAX_SHAPE_VERTICES = 8192; // 最大形状顶点数
+  static constexpr size_t MAX_LINE_VERTICES = 16384; // 最大线条顶点数
+
+  // 形状顶点结构（包含颜色）
+  struct ShapeVertex {
+    float x, y;
+    float r, g, b, a;
+  };
+
+  SDL_Window *window_;
+  GLSpriteBatch spriteBatch_;
+  Ptr<IShader> shapeShader_;
+
+  GLuint shapeVao_;
+  GLuint shapeVbo_;
+  GLuint lineVao_; // 线条专用 VAO
+  GLuint lineVbo_; // 线条专用 VBO
+
+  glm::mat4 viewProjection_;
+  std::vector<glm::mat4> transformStack_;
+  RenderStats stats_;
+  bool vsync_;
+
+  // 形状批处理缓冲区（预分配，避免每帧内存分配）
+  std::array<ShapeVertex, MAX_SHAPE_VERTICES> shapeVertexCache_;
+  size_t shapeVertexCount_ = 0;
+  GLenum currentShapeMode_ = GL_TRIANGLES;
+
+  // 线条批处理缓冲区
+  std::array<ShapeVertex, MAX_LINE_VERTICES> lineVertexCache_;
+  size_t lineVertexCount_ = 0;
+  float currentLineWidth_ = 1.0f;
+
+  // OpenGL 状态缓存
+  BlendMode cachedBlendMode_ = BlendMode::None;
+  bool blendEnabled_ = false;
+
+  void initShapeRendering();
+  void flushShapeBatch();
+  void flushLineBatch();
+  void addShapeVertex(float x, float y, const Color &color);
+  void addLineVertex(float x, float y, const Color &color);
+  void submitShapeBatch(GLenum mode);
+};
+
+} // namespace frostbite2D

Fostbite2D/include/fostbite2D/render/opengl/gl_shader.h

@@ -0,0 +1,194 @@
+#pragma once
+
+#include <fostbite2D/core/color.h>
+#include <fostbite2D/render/shader/shader_interface.h>
+#include <glad/glad.h>
+#include <unordered_map>
+#include <vector>
+
+namespace frostbite2D {
+
+class GLShader : public IShader {
+public:
+  /**
+   * @brief 构造函数
+   */
+  GLShader();
+
+  /**
+   * @brief 析构函数
+   */
+  ~GLShader() override;
+
+  /**
+   * @brief 绑定Shader程序
+   */
+  void bind() const override;
+
+  /**
+   * @brief 解绑Shader程序
+   */
+  void unbind() const override;
+
+  /**
+   * @brief 设置布尔类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 布尔值
+   */
+  void setBool(const std::string &name, bool value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置整数类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 整数值
+   */
+  void setInt(const std::string &name, int value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置浮点类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 浮点值
+   */
+  void setFloat(const std::string &name, float value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置二维向量类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 二维向量值
+   */
+  void setVec2(const std::string &name, const glm::vec2 &value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置三维向量类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 三维向量值
+   */
+  void setVec3(const std::string &name, const glm::vec3 &value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置四维向量类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 四维向量值
+   */
+  void setVec4(const std::string &name, const glm::vec4 &value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置4x4矩阵类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param value 4x4矩阵值
+   */
+  void setMat4(const std::string &name, const glm::mat4 &value) override;
+
+  /**
+   * @brief 设置颜色类型uniform变量
+   * @param name uniform变量名
+   * @param color 颜色值
+   */
+  void setColor(const std::string &name, const Color &color) override;
+
+  /**
+   * @brief 检查Shader是否有效
+   * @return 有效返回true，否则返回false
+   */
+  bool isValid() const override { return programID_ != 0; }
+
+  /**
+   * @brief 获取原生句柄（OpenGL程序ID）
+   * @return OpenGL程序ID
+   */
+  uint32_t getNativeHandle() const override { return programID_; }
+
+  /**
+   * @brief 获取Shader名称
+   * @return Shader名称
+   */
+  const std::string &getName() const override { return name_; }
+
+  /**
+   * @brief 设置Shader名称
+   * @param name Shader名称
+   */
+  void setName(const std::string &name) override { name_ = name; }
+
+  /**
+   * @brief 从源码编译Shader
+   * @param vertexSource 顶点着色器源码
+   * @param fragmentSource 片段着色器源码
+   * @return 编译成功返回true，失败返回false
+   */
+  bool compileFromSource(const char *vertexSource, const char *fragmentSource);
+
+  /**
+   * @brief 从二进制数据创建Shader
+   * @param binary 二进制数据
+   * @return 创建成功返回true，失败返回false
+   */
+  bool compileFromBinary(const std::vector<uint8_t> &binary);
+
+  /**
+   * @brief 获取Shader二进制数据
+   * @param outBinary 输出的二进制数据
+   * @return 成功返回true，失败返回false
+   */
+  bool getBinary(std::vector<uint8_t> &outBinary);
+
+  /**
+   * @brief 获取OpenGL程序ID
+   * @return OpenGL程序ID
+   */
+  GLuint getProgramID() const { return programID_; }
+
+private:
+  GLuint programID_ = 0;
+  std::string name_;
+  std::unordered_map<std::string, GLint> uniformCache_;
+
+  /**
+   * @brief 编译单个着色器
+   * @param type 着色器类型
+   * @param source 着色器源码
+   * @return 着色器ID，失败返回0
+   */
+  GLuint compileShader(GLenum type, const char *source);
+
+  /**
+   * @brief 获取uniform位置
+   * @param name uniform变量名
+   * @return uniform位置
+   */
+  GLint getUniformLocation(const std::string &name);
+};
+
+class GLShaderFactory : public IShaderFactory {
+public:
+  /**
+   * @brief 从源码创建Shader
+   * @param name Shader名称
+   * @param vertSource 顶点着色器源码
+   * @param fragSource 片段着色器源码
+   * @return 创建的Shader实例
+   */
+  Ptr<IShader> createFromSource(const std::string &name,
+                                const std::string &vertSource,
+                                const std::string &fragSource) override;
+
+  /**
+   * @brief 从缓存二进制创建Shader
+   * @param name Shader名称
+   * @param binary 编译后的二进制数据
+   * @return 创建的Shader实例
+   */
+  Ptr<IShader> createFromBinary(const std::string &name,
+                                const std::vector<uint8_t> &binary) override;
+
+  /**
+   * @brief 获取Shader的二进制数据
+   * @param shader Shader实例
+   * @param outBinary 输出的二进制数据
+   * @return 成功返回true，失败返回false
+   */
+  bool getShaderBinary(const IShader &shader,
+                       std::vector<uint8_t> &outBinary) override;
+};
+
+} // namespace frostbite2D

Fostbite2D/include/fostbite2D/render/opengl/gl_sprite_batch.h

@@ -0,0 +1,98 @@
+#pragma once
+
+#include <array>
+#include <fostbite2D/core/color.h>
+#include <fostbite2D/core/math_types.h>
+#include <fostbite2D/core/types.h>
+#include <fostbite2D/render/shader/shader_interface.h>
+#include <fostbite2D/render/texture.h>
+#include <glm/mat4x4.hpp>
+#include <vector>
+
+#include <glad/glad.h>
+
+namespace frostbite2D {
+
+// ============================================================================
+// OpenGL 精灵批渲染器 - 优化版本
+// ============================================================================
+class GLSpriteBatch {
+public:
+  static constexpr size_t MAX_SPRITES = 10000;
+  static constexpr size_t VERTICES_PER_SPRITE = 4;
+  static constexpr size_t INDICES_PER_SPRITE = 6;
+  static constexpr size_t MAX_VERTICES = MAX_SPRITES * VERTICES_PER_SPRITE;
+  static constexpr size_t MAX_INDICES = MAX_SPRITES * INDICES_PER_SPRITE;
+
+  struct Vertex {
+    glm::vec2 position;
+    glm::vec2 texCoord;
+    glm::vec4 color;
+  };
+
+  struct SpriteData {
+    glm::vec2 position;
+    glm::vec2 size;
+    glm::vec2 texCoordMin;
+    glm::vec2 texCoordMax;
+    glm::vec4 color;
+    float rotation;
+    glm::vec2 anchor;
+    bool isSDF = false;
+  };
+
+  GLSpriteBatch();
+  ~GLSpriteBatch();
+
+  bool init();
+  void shutdown();
+
+  void begin(const glm::mat4 &viewProjection);
+  void draw(const Texture &texture, const SpriteData &data);
+  void end();
+
+  // 批量绘制接口 - 用于自动批处理
+  void drawBatch(const Texture &texture,
+                 const std::vector<SpriteData> &sprites);
+
+  // 立即绘制（不缓存）
+  void drawImmediate(const Texture &texture, const SpriteData &data);
+
+  // 统计
+  uint32_t getDrawCallCount() const { return drawCallCount_; }
+  uint32_t getSpriteCount() const { return spriteCount_; }
+  uint32_t getBatchCount() const { return batchCount_; }
+
+  // 检查是否需要刷新
+  bool needsFlush(const Texture &texture, bool isSDF) const;
+
+private:
+  GLuint vao_;
+  GLuint vbo_;
+  GLuint ibo_;
+  Ptr<IShader> shader_;
+
+  // 使用固定大小数组减少内存分配
+  std::array<Vertex, MAX_VERTICES> vertexBuffer_;
+  size_t vertexCount_;
+
+  const Texture *currentTexture_;
+  bool currentIsSDF_;
+  glm::mat4 viewProjection_;
+
+  // 缓存上一帧的 viewProjection，避免重复设置
+  glm::mat4 cachedViewProjection_;
+  bool viewProjectionDirty_ = true;
+
+  uint32_t drawCallCount_;
+  uint32_t spriteCount_;
+  uint32_t batchCount_;
+
+  void flush();
+  void setupShader();
+
+  // 添加顶点到缓冲区
+  void addVertices(const SpriteData &data);
+};
+
+} // namespace frostbite2D

Fostbite2D/include/fostbite2D/render/opengl/gl_texture.h

@@ -0,0 +1,79 @@
+#pragma once
+
+#include <fostbite2D/core/color.h>
+#include <fostbite2D/core/types.h>
+#include <fostbite2D/render/texture.h>
+
+#include <glad/glad.h>
+
+#include <memory>
+#include <string>
+
+namespace frostbite2D {
+
+// ============================================================================
+// OpenGL 纹理实现
+// ============================================================================
+class GLTexture : public Texture {
+public:
+  GLTexture(int width, int height, const uint8_t *pixels, int channels);
+  GLTexture(const std::string &filepath);
+  ~GLTexture();
+
+  // Texture 接口实现
+  int getWidth() const override { return width_; }
+  int getHeight() const override { return height_; }
+  Size getSize() const override {
+    return Size(static_cast<float>(width_), static_cast<float>(height_));
+  }
+  int getChannels() const override { return channels_; }
+  PixelFormat getFormat() const override;
+  void *getNativeHandle() const override {
+    return reinterpret_cast<void *>(static_cast<uintptr_t>(textureID_));
+  }
+  bool isValid() const override { return textureID_ != 0; }
+  void setFilter(bool linear) override;
+  void setWrap(bool repeat) override;
+
+  // 从参数创建纹理的工厂方法
+  static Ptr<Texture> create(int width, int height, PixelFormat format);
+
+  // 加载压缩纹理（KTX/DDS 格式）
+  bool loadCompressed(const std::string &filepath);
+
+  // OpenGL 特定
+  GLuint getTextureID() const { return textureID_; }
+  void bind(unsigned int slot = 0) const;
+  void unbind() const;
+
+  // 获取纹理数据大小（字节），用于 VRAM 跟踪
+  size_t getDataSize() const { return dataSize_; }
+
+  // Alpha 遮罩
+  bool hasAlphaMask() const {
+    return alphaMask_ != nullptr && alphaMask_->isValid();
+  }
+  const AlphaMask *getAlphaMask() const { return alphaMask_.get(); }
+  void generateAlphaMask(); // 从当前纹理数据生成遮罩
+
+private:
+  GLuint textureID_;
+  int width_;
+  int height_;
+  int channels_;
+  PixelFormat format_;
+  size_t dataSize_;
+
+  // 原始像素数据（用于生成遮罩）
+  std::vector<uint8_t> pixelData_;
+  std::unique_ptr<AlphaMask> alphaMask_;
+
+  void createTexture(const uint8_t *pixels);
+
+  // KTX 文件加载
+  bool loadKTX(const std::string &filepath);
+  // DDS 文件加载
+  bool loadDDS(const std::string &filepath);
+};
+
+} // namespace frostbite2D