0010--OpenGL ES初探:GLKit 案例实现-加载图片和立方体旋转

图片渲染

  • 新建一个ViewController继承自GLKViewController
  • 把这个控制器设置为根视图,view改成基础GLKView
  • 导入相应头文件

#import <OpenGLES/ES3/gl.h>
#import <OpenGLES/ES3/glext.h>

setUpConfig

初始化上下文&设置当前上下文

  1. 使用OpenGL做任何事前,你都需要先创建一个EAGLContext
  2. iOS使用OpenGL进行绘制时需要一些信息,这些信息都由EAGLContext管理。这和你使用一个Core Graphics上下文差不多。
  3. 当你创建一个上下文时,你需要定义要使用的API版本。

EAGLContext 是苹果iOS平台下实现OpenGLES 渲染层.

1. `kEAGLRenderingAPIOpenGLES1` = 1, 固定管线
2. `kEAGLRenderingAPIOpenGLES2` = 2,
3. `kEAGLRenderingAPIOpenGLES3` = 3,
context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];

设置当前上下文

[EAGLContext setCurrentContext:context];

获取GLKView & 设置context

  • 这创建了一个新的GLKView的实例,并使它和整个window一样大。
  • 当你创建一个GLKView的时候,你需要告诉它要使用的OpenGL上下文,所以配置成我们刚刚创建的context
GLKView *view = (GLKView *)self.view; view.context = context;

配置视图创建的渲染缓存区

  • drawableColorFormat: 颜色缓存区格式
  1. 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。
  2. GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888:此值为默认值,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)。
  3. 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)
  • drawableDepthFormat(深度缓存区格式):如果你要使用这个属性(一般用于3D游戏),你应该选择GLKViewDrawableDepthFormat16GLKViewDrawableDepthFormat24。这里的差别是使用GLKViewDrawableDepthFormat16将消耗更少的资源。
  1. GLKViewDrawableDepthFormatNone = 0:意味着完全没有深度缓冲区
  2. GLKViewDrawableDepthFormat16
  3. GLKViewDrawableDepthFormat24
 view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat16;

设置背景颜色

定义用来清理屏幕的RGB颜色alpha(透明度)值。这里我们设置红色

 glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);

setUpVertexData

准备数据

四边形是有两个三角形组成.


 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
    };

绑定数据

创建顶点缓存区标识符ID

函数原型:void glGenBuffers(GLsizei n,GLuint * buffers);
第一个参数:要生成的缓冲对象的数量
第二个参数:要输入用来存储缓冲对象名称的数组

如果使用数组保存

GLuint bufferID[3];
glGenBuffers(3,bufferID);

  • 单个GLuint数据

GLuint bufferID;
glGenTextures(1, &bufferID);

绑定顶点缓存区(明确作用)

函数原型:void glBindBuffer(GLenum target,GLuint buffer);
第一个参数:缓冲对象的类型
第二个参数:要绑定的缓冲对象的名称

  • 使用该函数将缓冲对象绑定到OpenGL上下文环境中以便使用。
  • 如果把target绑定到一个已经创建好的缓冲对象,那么这个缓冲对象将为当前target的激活对象。
  • 但是如果绑定的buffer值为0,那么OpenGL将不再对当前target使用任何缓存对象。

  glBindTexture(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);

OpenGL允许我们同时绑定多个缓冲类型,只要这些缓冲类型是不同的,换句话说,同一时间,不能绑定两个相同类型的缓冲对象。也可以理解为对于一个类型来说,同一时间只能“激活”一个类型,否则就会发生“矛盾”

第二个参数虽然是GLuint类型的,但是你万万不能直接指定个常量比如说0,否则会出现GL_INVALID_VALUE的错误,具体如下:
GL_INVALID_VALUE is generated if buffer is not a name previously returned form a call to glGenBuffers

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);

插槽重识(打开读取通道)

GLKit目标就是简化, 里面有很多对OpenGLES的封装, 我们也可以不用进行shader的编辑, 不用在写glsl就能完成shader的绘制

GLKVertexAttribPosition就是position位置插槽,
GLKVertexAttribColor就是color位置插槽,
GLKVertexAttribTexCoord0就是texcoord0位置插槽,

  • glEnableVertexAttribArray: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。

  • glVertexAttribPointer

函数原型:


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:

  1. index:指定要修改的顶点属性的索引值
  2. 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.)
  3. 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
    4.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
  4. 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
  5. 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

glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 0);
    
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
      glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 3);

  • (GLfloat *)NULL null值包装为0
  • (GLfloat *)NULL + 3 起始位置
  • 乘以5直接间隔

setUpTexture

纹理矩阵

  • 获取纹理图片路径

NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"test" ofType:@"jpg"];

  • 设置纹理参数

由于纹理坐标系是跟手机显示的Quartz 2D坐标系的y轴正好相反,纹理坐标系使用左下角为原点,往上为y轴的正值往右是x轴的正值,所以需要设置一下GLKTextureLoaderOriginBottomLeft


 NSDictionary *options = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@(1),GLKTextureLoaderOriginBottomLeft, nil];
GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithContentsOfFile:filePath options:options error:nil];

  • 使用苹果GLKit 提供GLKBaseEffect 完成着色器工作(顶点/片元)

eEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
eEffect.texture2d0.enabled = GL_TRUE;
eEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;

  • 绘制

- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect{
    
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    [eEffect prepareToDraw];
    
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
}

效果图

image.png

下来做一个立方体的贴图,并旋转.

准备工作

立方体和单个四边形区别,多了5个面,定点数也有原来的6个变成36个.

  • 首先创建需要的类已经一个OPVertex来存放顶点和纹理顶点.


ypedef struct OPVertex{
    GLKVector3 positionCoord;//顶点坐标
    GLKMatrix2 texturecoord; //纹理
}OPVertex;

//总共顶点数
static int const kCoordCount = 36;



EAGLContext *context; //上下文
GLKBaseEffect *cEffect;// 着色器
NSInteger angle; //记录旋转的角度
GLKView *glkView; //glkView

@property(nonatomic, assign) OPVertex *vertices;


绘制

  • 初始化上下文&设置当前上下文,设置渲染区和背景颜色

这一步和之前绘制没有变化


-(void)setUpConfig
{
   
    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.
    view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat16;
    glkView = view;
    
    //4.设置背景颜色
    glClearColor(1, 0, 0, 1.0);
}

  • 加载顶点/纹理坐标数据
  1. 使用malloc分配内存

 self.vertices = malloc(sizeof(OPVertex) * kCoordCount);

  1. 6个面对应的顶点和纹理坐标

// 前面
    self.vertices[0] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},  {0, 1}};
    self.vertices[1] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, 0.5}, {0, 0}};
    self.vertices[2] = (OPVertex){{0.5, 0.5, 0.5},   {1, 1}};
    
    self.vertices[3] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, 0.5}, {0, 0}};
    self.vertices[4] = (OPVertex){{0.5, 0.5, 0.5},   {1, 1}};
    self.vertices[5] = (OPVertex){{0.5, -0.5, 0.5},  {1, 0}};
    
    // 上面
    self.vertices[6] = (OPVertex){{0.5, 0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[7] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[8] = (OPVertex){{0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[9] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[10] = (OPVertex){{0.5, 0.5, -0.5},  {1, 0}};
    self.vertices[11] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, -0.5}, {0, 0}};
    
    // 下面
    self.vertices[12] = (OPVertex){{0.5, -0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[13] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[14] = (OPVertex){{0.5, -0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[15] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[16] = (OPVertex){{0.5, -0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[17] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    
    // 左面
    self.vertices[18] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[19] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[20] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[21] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[22] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[23] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    
    // 右面
    self.vertices[24] = (OPVertex){{0.5, 0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[25] = (OPVertex){{0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[26] = (OPVertex){{0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[27] = (OPVertex){{0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[28] = (OPVertex){{0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[29] = (OPVertex){{0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    
    // 后面
    self.vertices[30] = (OPVertex){{-0.5, 0.5, -0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[31] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    self.vertices[32] = (OPVertex){{0.5, 0.5, -0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[33] = (OPVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    self.vertices[34] = (OPVertex){{0.5, 0.5, -0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[35] = (OPVertex){{0.5, -0.5, -0.5},   {1, 0}};

  1. 开辟顶点缓存区

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(OPVertex) * kCoordCount, self.vertices, GL_STATIC_DRAW);
    
    // 顶点坐标数据
  glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(OPVertex) , offsetof(OPVertex, positionCoord) + NULL);   
    
    
    //纹理坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(OPVertex), offsetof(OPVertex, texturecoord) + NULL);

sizeof(OPVertex) * kCoordCount传入内容的大小
offsetof(OPVertex, positionCoord) + NULL,对应顶点或者纹理起始点的内存偏移值

  • 加载纹理数据


{
    //1.获取纹理图片路径
    NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"test" ofType:@"jpg"];
    
    //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;
    cEffect.texture2d0.target = textureInfo.target;
    
     [self setTimer];
}

cEffect.texture2d0.target = textureInfo.target;将目标对象交给cEffect;
[self setTimer]; 开启一个定时器

  • 开始定时器

- (void)setTimer{
    
    NSTimer* timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
        
        [self transforms];
    }];
    [[NSRunLoop mainRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
}
- (void)transforms{
    angle = (angle + 10) % 360;
    //使用模型矩阵
    cEffect.transform.modelviewMatrix = GLKMatrix4MakeRotation(GLKMathDegreesToRadians(angle), 0.3, 1, -1.7);
   
   //重新绘制
    [glkView display];
}

  • 绘制

#pragma mark -- GLKViewDelegate

- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect
{
    //1.清屏
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    //2.准备绘制
    [cEffect prepareToDraw];
    
    //3.开始绘制
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
    
    
}

这里36绘制的定点数.

效果图:

image.png

总结

  1. OpenGL ES 相关初始化

    • 初始化上下文&设置当前上下文
    • 获取GLKView & 设置context
    • 配置视图创建的渲染缓存区
    • 设置背景颜色
  2. 加载顶点/纹理坐标数据

    • 设置顶点数组(顶点坐标,纹理坐标)
    • 开辟顶点缓存区
      1. 创建顶点缓存区标识符ID
      2. 绑定顶点缓存区.(明确作用)
      3. 将顶点数组的数据copy到顶点缓存区中(GPU显存中)
    • 打开读取通道.
      1. 上传顶点数据到显存的方法
  3. 加载纹理数据(使用GLBaseEffect)

    • 获取纹理图片路径
    • 设置纹理参数
    • 使用苹果GLKit 提供GLKBaseEffect 完成着色器工作(顶点/片元)
  4. 绘制视图的内容(GLKViewDelegate)

    • 清屏
    • 准备绘制
    • 开始绘制

demo

GLKBaseEffect使用小结:

  • 创建一个GLKBaseEffect。通常当你创建OpenGL上下文的时候,你都会创建一个。对于不同的几何图形,你可以(或者说应该)重用相同的GLKBaseEffect,只是要重新设置其属性。在后台,GLKBaseEffect只会向它的着色器传播刚刚变化的属性。
  • 设置GLKBaseEffect的属性。这里你可以配置光,转化,和其他GLKBaseEffect的着色器用来渲染几何图形的属性。
  • 调用GLKBaseEffectprepareToDraw方法。任何时候如果你改变了GLKBaseEffect的一个属性,你都要先调用prepareToDraw方法让着色器得到正确的配置。这也让GLKBaseEffect的着色器作为“当前”的着色器程序(就是让GLKBaseEffect的着色器起作用)。
  • 使能预定义属性。通常当你使用自定义着色器时,他们会使用称为属性的参数,你要写代码获得它们的ID。对于GLKBaseEffect的内建着色器,这些属性已经用常量值预先定义好了,比如GLKVertexAttribPosition或者GLKVertexAttribColor。所以你要使能所有需要传给着色器的参数,并保证他们指向了数据。
  • 绘制你的几何图形。一旦你东西要配置,你都可以使用普通的OpenGL绘图指令,比如glDrawArrays或者glDrawElements,它会使用你刚刚配置好的效果进行渲染!

GLKBaseEffect的好处是如果你使用它们,你根本就不需要去写任何的着色器,

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