注意：本系列不会就OpenGL/OpenGL ES的专业名词和概念以及渲染流程做过多阐述，有还未清楚的或者刚接触OpenGL/OpenGL ES的请参考[OpenGL入门系列]
(https://www.jianshu.com/nb/36794104)
提示： 希望从零基础学习OpenGL ES的同学个人建议先去了解OpenGL(因为固定管线更方便初学者入门)
OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是 OpenGL 三维图形 API 的子集，针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计。该API由Khronos集团定义推广，Khronos是一个图形软硬件行业协会，该协会主要关注图形和多媒体方面的开放标准。
OpenGL ES是以手持和嵌入式为目标的高级3D图形应用程序编程接口(API).是目前智能手机中占据统治地位的图形API.
OpenGL ES是OpenGL的简化版本，它消除了冗余功能，提供了一个即易于学习又更易于在移动图形硬件中实现的库。
支持平台、机型
支持iPad, iPhone3GS 和后续版本，以及iPodTouch3代和后续版本。
支持Android平台从Android 2.2版本开始。
支持Android NDK从Android 2.0版本开始。
支持BlackBerryPlayBook黑莓。
支持Pandora潘多拉控制台的3D库。
被WebGL支持：浏览器支持OpenGL
支持多款三星手机，包括Galaxy S和Wave。
使用开发插件可以支持Palm webOS。
支持Archos 爱可视上网本：70 IT, 101 IT
有关OpenGL ES API和OpenGL ES着色语言的完整参考，请参阅计划使用的OpenGL ES版本集合：
1. OpenGL ES as a Client-Server Architecture - OpenGL ES作为客户端 - 服务器架构
OpenGL ES和OpenGL相同，架构上分为服务端和客户端。应用程序将状态更改，纹理和顶点数据以及渲染命令传达给OpenGL ES客户端。 客户端将这些数据转换成图形硬件理解的格式，并将其转发到GPU。
简单理解：
我们编写的一系列代码例如调用OpenGL/OpenGL ES提供的各种API都可视为客户端部分，和其内部核心实现以及具体个GPU进行调度交互的功能部分属于服务端部分。
2. OpenGL ES as a Graphics Pipeline - OpenGL ES作为图形流水线
下图可视化OpenGL ES作为图形管道。 您的应用程序配置图形流水线，然后执行绘图命令以将顶点数据发送到流水线。 管道的连续阶段运行一个顶点着色器来处理顶点数据，将顶点组合成图元，将原始图元栅格化成片段，运行片段着色器来计算每个片段的颜色和深度值，并将片段混合到一个帧缓冲区中进行显示。
而OpenGL中的固定管线则是把该流程封装好，作为固定流水线，暴漏出API以供客户端调用，在OpenGL ES3.0弃用。使用GLSL（OpenGL着色语言OpenGL Shading Language）可编程管线，iOS系统中苹果原生提供了GLKit封装了简单图形绘制库（后续会专门写篇文章介绍）。
3. Use Double Buffering to Avoid Resource Conflicts - 使用双缓冲来避免资源冲突
当您的应用程序和OpenGL ES同时访问OpenGL ES对象时，会发生资源冲突。 当一个参与者尝试修改由另一个使用的OpenGL ES对象时，它们可能会阻塞，直到对象不再使用。 一旦他们开始修改对象，其他参与者可能不会访问对象，直到修改完成。 或者，OpenGL ES可能会隐式复制对象，以便两个参与者可以继续执行命令。 这两个选项都是安全的，但每个选项都可能会成为您应用程序中的瓶颈。 下图显示了这个问题。 在这个例子中，有一个单一的纹理对象，OpenGL ES和你的应用都要使用。 当应用程序尝试更改纹理时，必须等到之前提交的绘图命令完成 - CPU才能与GPU同步。
要解决这个问题，您的应用程序可以在更改对象和绘图之间执行其他工作。 但是，如果您的应用程序没有可以执行的其他工作，它应该显式地创建两个相同大小的对象; 而一个参与者读取一个对象，另一个参与者修改另一个对象。 下图说明了双缓冲方式。 当GPU在一个纹理上运行时，CPU会修改另一个纹理。 初始启动后，CPU或GPU都不空闲。 虽然为纹理显示，此解决方案适用于几乎任何类型的OpenGL ES对象。
双重缓冲对于大多数应用程序来说已经足够了，但是要求两位参与者在大致相同的时间内完成处理命令。 为了避免阻塞，您可以添加更多缓冲区; 这实现了传统的生产者 - 消费者模式。 如果生产者在消费者完成处理命令之前完成，则它需要空闲缓冲区并继续处理命令。 在这种情况下，生产者只有在消费者落后的情况下才会闲置。
双重和三重缓冲器消除额外的内存，以防止管道停滞。 额外使用内存可能会对应用程序的其他部分造成压力。 在iOS设备上，内存可能很少; 您的设计可能需要平衡使用更多的内存与其他应用程序优化。
OpenGL ES 定义了跨平台的接口来使用 GPU 的硬件性能加速图形的渲染，其中由渲染上下文来执行渲染命令，帧缓存存储渲染结果，渲染目标显示帧缓存中结果。对应到 iOS 中，EAGLContext 是实现上下文的类，GLKView 和 CAEAGLLayer 则用来显示最终的渲染结果。
入门案例：OpenGL ES的‘hello word’
这里我们使用GLkit
1.新建工程 ,导入GLKit, ViewController.h中类别修改为继承自GLKViewController
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <GLKit/GLKit.h>
@interface ViewController : GLKViewController
@end
2.viewController.m中导入
#import <OpenGLES/ES3/gl.h>
#import <OpenGLES/ES3/glext.h>
- OpenGL ES 相关初始化
-(void)setUpConfig
{
//1.初始化上下文&设置当前上下文
/*
EAGLContext 是苹果iOS平台下实现OpenGLES 渲染层.
kEAGLRenderingAPIOpenGLES1 = 1, 固定管线
kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 = 2,
kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 = 3,
*/
context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
//判断context是否创建成功
if (!context) {
NSLog(@"Create ES context Failed");
}
//设置当前上下文
[EAGLContext setCurrentContext:context];
//2.获取GLKView & 设置context
GLKView *view =(GLKView *) self.view;
view.context = context;
/*3.配置视图创建的渲染缓存区.
(1). drawableColorFormat: 颜色缓存区格式.
简介: OpenGL ES 有一个缓存区，它用以存储将在屏幕中显示的颜色。你可以使用其属性来设置缓冲区中的每个像素的颜色格式。
GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888 = 0,
默认.缓存区的每个像素的最小组成部分（RGBA）使用8个bit，（所以每个像素4个字节，4*8个bit）。
GLKViewDrawableColorFormatRGB565,
如果你的APP允许更小范围的颜色，即可设置这个。会让你的APP消耗更小的资源（内存和处理时间）
(2). drawableDepthFormat: 深度缓存区格式
GLKViewDrawableDepthFormatNone = 0,意味着完全没有深度缓冲区
GLKViewDrawableDepthFormat16,
GLKViewDrawableDepthFormat24,
如果你要使用这个属性（一般用于3D游戏），你应该选择GLKViewDrawableDepthFormat16
或GLKViewDrawableDepthFormat24。这里的差别是使用GLKViewDrawableDepthFormat16
将消耗更少的资源
*/
//3.配置视图创建的渲染缓存区.
view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat16;
//4.设置背景颜色
glClearColor(0.7, 0.7, 0.7, 1.0);
}
- 加载顶点/纹理坐标数据
-(void)setUpVertexData
{
//1.设置顶点数组(顶点坐标,纹理坐标)
/*
纹理坐标系取值范围[0,1];原点是左下角(0,0);
故而(0,0)是纹理图像的左下角, 点(1,1)是右上角.
*/
GLfloat vertexData[] = {
0.5, -0.5, 0.0f, 1.0f, 0.0f, //右下
0.5, 0.5, -0.0f, 1.0f, 1.0f, //右上
-0.5, 0.5, 0.0f, 0.0f, 1.0f, //左上
0.5, -0.5, 0.0f, 1.0f, 0.0f, //右下
-0.5, 0.5, 0.0f, 0.0f, 1.0f, //左上
-0.5, -0.5, 0.0f, 0.0f, 0.0f, //左下
};
/*
顶点数组: 开发者可以选择设定函数指针，在调用绘制方法的时候，直接由内存传入顶点数据，也就是说这部分数据之前是存储在内存当中的，被称为顶点数组
顶点缓存区: 性能更高的做法是，提前分配一块显存，将顶点数据预先传入到显存当中。这部分的显存，就被称为顶点缓冲区
*/
//2.开辟顶点缓存区
//(1).创建顶点缓存区标识符ID
GLuint bufferID;
glGenBuffers(1, &bufferID);
//(2).绑定顶点缓存区.(明确作用)
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);
//(3).将顶点数组的数据copy到顶点缓存区中(GPU显存中)
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertexData), vertexData, GL_STATIC_DRAW);
//3.打开读取通道.
/*
(1)在iOS中, 默认情况下，出于性能考虑，所有顶点着色器的属性（Attribute）变量都是关闭的.
意味着,顶点数据在着色器端(服务端)是不可用的. 即使你已经使用glBufferData方法,将顶点数据从内存拷贝到顶点缓存区中(GPU显存中).
所以, 必须由glEnableVertexAttribArray 方法打开通道.指定访问属性.才能让顶点着色器能够访问到从CPU复制到GPU的数据.
注意: 数据在GPU端是否可见，即，着色器能否读取到数据，由是否启用了对应的属性决定，这就是glEnableVertexAttribArray的功能，允许顶点着色器读取GPU（服务器端）数据。
(2)方法简介
glVertexAttribPointer (GLuint indx, GLint size, GLenum type, GLboolean normalized, GLsizei stride, const GLvoid* ptr)
功能: 上传顶点数据到显存的方法（设置合适的方式从buffer里面读取数据）
参数列表:
index,指定要修改的顶点属性的索引值,例如
size, 每次读取数量。（如position是由3个（x,y,z）组成，而颜色是4个（r,g,b,a）,纹理则是2个.）
type,指定数组中每个组件的数据类型。可用的符号常量有GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT,GL_UNSIGNED_SHORT, GL_FIXED, 和 GL_FLOAT，初始值为GL_FLOAT。
normalized,指定当被访问时，固定点数据值是否应该被归一化（GL_TRUE）或者直接转换为固定点值（GL_FALSE）
stride,指定连续顶点属性之间的偏移量。如果为0，那么顶点属性会被理解为：它们是紧密排列在一起的。初始值为0
ptr指定一个指针，指向数组中第一个顶点属性的第一个组件。初始值为0
*/
//顶点坐标数据
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 0);
//纹理坐标数据
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 3);
}
- 加载纹理数据(使用GLBaseEffect)
-(void)setUpTexture
{
//1.获取纹理图片路径
NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"logOnbg" ofType:@"png"];
//2.设置纹理参数
//纹理坐标原点是左下角,但是图片显示原点应该是左上角.
NSDictionary *options = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@(1),GLKTextureLoaderOriginBottomLeft, nil];
GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithContentsOfFile:filePath options:options error:nil];
//3.使用苹果GLKit 提供GLKBaseEffect 完成着色器工作(顶点/片元)
cEffect = [[GLKBaseEffect alloc]init];
cEffect.texture2d0.enabled = GL_TRUE;
cEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;
}
- 绘制视图的内容
GLKViewDelegate
//绘制视图的内容
/*
GLKView对象使其OpenGL ES上下文成为当前上下文，并将其framebuffer绑定为OpenGL ES呈现命令的目标。然后，委托方法应该绘制视图的内容。
*/
- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect
{
//1.
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//2.准备绘制
[cEffect prepareToDraw];
//3.开始绘制
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
}
- 最后在
viewDidLoad中依次调用方法就可以了
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
//1.OpenGL ES 相关初始化
[self setUpConfig];
//2.加载顶点/纹理坐标数据
[self setUpVertexData];
//3.加载纹理数据(使用GLBaseEffect)
[self setUpTexture];
}
显示结果:
最后一个小提示OpenGL ES使用GPU的部分在Xcode的模拟器上运行是可以使用的，模拟器会用CPU模拟GPU功能，Metal则不可以。
