1.着色器与程序
自定义着色器语言是GLSL编写的，但在Xcode中，并没有可以直接创建GLSL文件的功能，因此，我们只能自己手动创建empty文件，在上面自定义着色器，并且手动进行编译链接。
- 需要创建2个基本对象才能⽤着⾊器进行渲染: 着⾊器对象和程序对象。
- 获取链接后着色器对象的一般过程包括6个步骤：
- 创建一个顶点着色器对象和一个片段着色器对象；
- 将源代码链接到每个着色器对象；
- 编译着色器对象；
- 创建一个程序对象；
- 将编译后的着色器对象连接到程序对象；
- 链接程序对象。
2.顶点着色器与片元着色器
首先我们需要创建2个empty文件，分别命名为shader.fsh(片元着色器)与shader.vsh(顶点着色器)，当然你也可以命名为其他你喜欢的，.vsh和.fsh只是通常的命名。
empty.png
接着，我们就需要在这2个文件中注入代码了。在这2个文件中，尽量少写一些中文注释，因为可能会报一些你并不知道的错误，而这些错误有可能是因为中文注释造成的。
在shader.vsh中：
attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
varying lowp vec2 varyTextCoord;
void main()
{
varyTextCoord = textCoordinate;
gl_Position = position;
}
在shader.fsh中：
precision highp float;
varying lowp vec2 varyTextCoord;
uniform sampler2D colorMap;
void main()
{
gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}
ps:
向量数据类型：
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| vec2,vec3,vec4 | 2分量、3分量、4分量浮点向量(用的比较多的) |
| ivec2,ivec3,ivec4 | 2分量、3分量、4分量整型向量 |
| uvec2,uvec3,uvec4 | 2分量、3分量、4分量无符号整型向量 |
| bvec2,bvec3,bvec4 | 2分量量、3分量量、4分量量bool型向量量 |
矩阵数据类型：
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| mat2,mat2x2 | 两行两列 |
| mat3,mat3x3 | 三⾏三列 |
| mat4,mat4x4 | 四⾏四列 |
| mat2x3 | 三⾏两列 |
| mat2x4 | 四⾏两列 |
| mat3x2 | 两⾏三列 |
| mat3x4 | 四行三列 |
| mat4x2 | 两行四列 |
| mat4x3 | 三⾏四列 |
变量存储限定符：
| 限定符 | 描述 |
|---|---|
| <none> | 只是普通的本地变量，外部不见，外部不可访问 |
| const | 一个编译常量，或者说是⼀个对函数来说为只读的参数 |
| in/varying | 从以前阶段传递过来的变量 |
| in/varying centroid | ⼀个从以前的阶段传递过来的变量，使⽤质心插值 |
| out/attribute | 传递到下⼀个处理阶段或者在一个函数中指定⼀个返回值 |
| out/attribute centroid | 传递到下一个处理阶段，质心插值 |
| uniform | 一个从客户端代码传递过来的变量，在顶点之间不做改变 |
3.纹理图片加载
纹理图片加载流程.png
定义全局变量
#import <OpenGLES/ES2/gl.h>
#import "CCView.h"
@interface CCView()
//在iOS和tvOS上绘制OpenGL ES内容的图层，继承与CALayer
@property(nonatomic,strong)CAEAGLLayer *myEagLayer;
@property(nonatomic,strong)EAGLContext *myContext;
@property(nonatomic,assign)GLuint myColorRenderBuffer;
@property(nonatomic,assign)GLuint myColorFrameBuffer;
@property(nonatomic,assign)GLuint myPrograme;
@end
设置图层
+(Class)layerClass
{
return [CAEAGLLayer class];
}
-(void)setupLayer
{
//1.创建特殊图层
/*
重写layerClass，将CCView返回的图层从CALayer替换成CAEAGLLayer
*/
self.myEagLayer = (CAEAGLLayer *)self.layer;
//2.设置scale
[self setContentScaleFactor:[[UIScreen mainScreen]scale]];
//3.设置描述属性，这里设置不维持渲染内容以及颜色格式为RGBA8
/*
kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking 表示绘图表面显示后，是否保留其内容。
kEAGLDrawablePropertyColorFormat
可绘制表面的内部颜色缓存区格式，这个key对应的值是一个NSString指定特定颜色缓存区对象。默认是kEAGLColorFormatRGBA8；
kEAGLColorFormatRGBA8：32位RGBA的颜色，4*8=32位
kEAGLColorFormatRGB565：16位RGB的颜色，
kEAGLColorFormatSRGBA8：sRGB代表了标准的红、绿、蓝，即CRT显示器、LCD显示器、投影机、打印机以及其他设备中色彩再现所使用的三个基本色素。sRGB的色彩空间基于独立的色彩坐标，可以使色彩在不同的设备使用传输中对应于同一个色彩坐标体系，而不受这些设备各自具有的不同色彩坐标的影响。
*/
self.myEagLayer.drawableProperties = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@false,kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking, kEAGLColorFormatRGBA8,kEAGLDrawablePropertyColorFormat,nil];
}
设置上下文
-(void)setupContext
{
//1.指定OpenGL ES 渲染API版本，我们使用2.0
EAGLRenderingAPI api = kEAGLRenderingAPIOpenGLES2;
//2.创建图形上下文
EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:api];
//3.判断是否创建成功
if (!context) {
NSLog(@"Create context failed!");
return;
}
//4.设置图形上下文
if (![EAGLContext setCurrentContext:context]) {
NSLog(@"setCurrentContext failed!");
return;
}
//5.将局部context，变成全局的
self.myContext = context;
}
清空缓存区
-(void)deleteRenderAndFrameBuffer
{
/*
buffer分为frame buffer 和 render buffer2个大类。
其中frame buffer 相当于render buffer的管理者。
frame buffer object即称FBO。
render buffer则又可分为3类。colorBuffer、depthBuffer、stencilBuffer。
*/
glDeleteBuffers(1, &_myColorRenderBuffer);
self.myColorRenderBuffer = 0;
glDeleteBuffers(1, &_myColorFrameBuffer);
self.myColorFrameBuffer = 0;
}
设置RenderBuffer
-(void)setupRenderBuffer
{
//1.定义一个缓存区ID
GLuint buffer;
//2.申请一个缓存区标志
glGenRenderbuffers(1, &buffer);
//3.
self.myColorRenderBuffer = buffer;
//4.将标识符绑定到GL_RENDERBUFFER
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
//5.将可绘制对象drawable object's CAEAGLLayer的存储绑定到OpenGL ES renderBuffer对象
[self.myContext renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:self.myEagLayer];
}
设置FrameBuffer
-(void)setupFrameBuffer
{
//1.定义一个缓存区ID
GLuint buffer;
//2.申请一个缓存区标志
//glGenRenderbuffers(1, &buffer);
//glGenFramebuffers(1, &buffer);
glGenBuffers(1, &buffer);
//3.
self.myColorFrameBuffer = buffer;
//4.
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, self.myColorFrameBuffer);
/*生成帧缓存区之后，则需要将renderbuffer跟framebuffer进行绑定，
调用glFramebufferRenderbuffer函数进行绑定到对应的附着点上，后面的绘制才能起作用
*/
//5.将渲染缓存区myColorRenderBuffer 通过glFramebufferRenderbuffer函数绑定到 GL_COLOR_ATTACHMENT0上。
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
}
开始绘制
-(void)renderLayer
{
//设置清屏颜色
glClearColor(0.3f, 0.45f, 0.5f, 1.0f);
//清除屏幕
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//1.设置视口大小
CGFloat scale = [[UIScreen mainScreen]scale];
glViewport(self.frame.origin.x * scale, self.frame.origin.y * scale, self.frame.size.width * scale, self.frame.size.height * scale);
//2.读取顶点着色程序、片元着色程序
NSString *vertFile = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"shaderv" ofType:@"vsh"];
NSString *fragFile = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"shaderf" ofType:@"fsh"];
NSLog(@"vertFile:%@",vertFile);
NSLog(@"fragFile:%@",fragFile);
//3.加载shader
self.myPrograme = [self loadShaders:vertFile Withfrag:fragFile];
//4.链接
glLinkProgram(self.myPrograme);
GLint linkStatus;
//获取链接状态
glGetProgramiv(self.myPrograme, GL_LINK_STATUS, &linkStatus);
if (linkStatus == GL_FALSE) {
GLchar message[512];
glGetProgramInfoLog(self.myPrograme, sizeof(message), 0, &message[0]);
NSString *messageString = [NSString stringWithUTF8String:message];
NSLog(@"Program Link Error:%@",messageString);
return;
}
NSLog(@"Program Link Success!");
//5.使用program
glUseProgram(self.myPrograme);
//6.设置顶点、纹理坐标
//前3个是顶点坐标，后2个是纹理坐标
GLfloat attrArr[] =
{
0.5f, -0.5f, -1.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -1.0f, 1.0f, 0.0f,
};
//7.-----处理顶点数据--------
//(1)顶点缓存区
GLuint attrBuffer;
//(2)申请一个缓存区标识符
glGenBuffers(1, &attrBuffer);
//(3)将attrBuffer绑定到GL_ARRAY_BUFFER标识符上
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, attrBuffer);
//(4)把顶点数据从CPU内存复制到GPU上
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(attrArr), attrArr, GL_DYNAMIC_DRAW);
//8.将顶点数据通过myPrograme中的传递到顶点着色程序的position
//1.glGetAttribLocation,用来获取vertex attribute的入口的.
//2.告诉OpenGL ES,通过glEnableVertexAttribArray，
//3.最后数据是通过glVertexAttribPointer传递过去的。
//(1)注意：第二参数字符串必须和shaderv.vsh中的输入变量：position保持一致
GLuint position = glGetAttribLocation(self.myPrograme, "position");
//(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
glEnableVertexAttribArray(position);
//(3).设置读取方式
//参数1：index,顶点数据的索引
//参数2：size,每个顶点属性的组件数量，1，2，3，或者4.默认初始值是4.
//参数3：type,数据中的每个组件的类型，常用的有GL_FLOAT,GL_BYTE,GL_SHORT。默认初始值为GL_FLOAT
//参数4：normalized,固定点数据值是否应该归一化，或者直接转换为固定值。（GL_FALSE）
//参数5：stride,连续顶点属性之间的偏移量，默认为0；
//参数6：指定一个指针，指向数组中的第一个顶点属性的第一个组件。默认为0
glVertexAttribPointer(position, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, NULL);
//9.----处理纹理数据-------
//(1).glGetAttribLocation,用来获取vertex attribute的入口的.
//注意：第二参数字符串必须和shaderv.vsh中的输入变量：textCoordinate保持一致
GLuint textCoor = glGetAttribLocation(self.myPrograme, "textCoordinate");
//(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
glEnableVertexAttribArray(textCoor);
//(3).设置读取方式
//参数1：index,顶点数据的索引
//参数2：size,每个顶点属性的组件数量，1，2，3，或者4.默认初始值是4.
//参数3：type,数据中的每个组件的类型，常用的有GL_FLOAT,GL_BYTE,GL_SHORT。默认初始值为GL_FLOAT
//参数4：normalized,固定点数据值是否应该归一化，或者直接转换为固定值。（GL_FALSE）
//参数5：stride,连续顶点属性之间的偏移量，默认为0；
//参数6：指定一个指针，指向数组中的第一个顶点属性的第一个组件。默认为0
glVertexAttribPointer(textCoor, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, (float *)NULL + 3);
//10.加载纹理
[self setupTexture:@"kunkun"];
//11. 设置纹理采样器 sampler2D
glUniform1i(glGetUniformLocation(self.myPrograme, "colorMap"), 0);
//12.绘图
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
//13.从渲染缓存区显示到屏幕上
[self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}
//从图片中加载纹理
- (GLuint)setupTexture:(NSString *)fileName {
//1、将 UIImage 转换为 CGImageRef
CGImageRef spriteImage = [UIImage imageNamed:fileName].CGImage;
//判断图片是否获取成功
if (!spriteImage) {
NSLog(@"Failed to load image %@", fileName);
exit(1);
}
//2、读取图片的大小，宽和高
size_t width = CGImageGetWidth(spriteImage);
size_t height = CGImageGetHeight(spriteImage);
//3.获取图片字节数 宽*高*4（RGBA）
GLubyte * spriteData = (GLubyte *) calloc(width * height * 4, sizeof(GLubyte));
//4.创建上下文
/*
参数1：data,指向要渲染的绘制图像的内存地址
参数2：width,bitmap的宽度，单位为像素
参数3：height,bitmap的高度，单位为像素
参数4：bitPerComponent,内存中像素的每个组件的位数，比如32位RGBA，就设置为8
参数5：bytesPerRow,bitmap的没一行的内存所占的比特数
参数6：colorSpace,bitmap上使用的颜色空间 kCGImageAlphaPremultipliedLast：RGBA
*/
CGContextRef spriteContext = CGBitmapContextCreate(spriteData, width, height, 8, width*4,CGImageGetColorSpace(spriteImage), kCGImageAlphaPremultipliedLast);
//5、在CGContextRef上--> 将图片绘制出来
/*
CGContextDrawImage 使用的是Core Graphics框架，坐标系与UIKit 不一样。UIKit框架的原点在屏幕的左上角，Core Graphics框架的原点在屏幕的左下角。
CGContextDrawImage
参数1：绘图上下文
参数2：rect坐标
参数3：绘制的图片
*/
CGRect rect = CGRectMake(0, 0, width, height);
//6.使用默认方式绘制
CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);
//7、画图完毕就释放上下文
CGContextRelease(spriteContext);
//8、绑定纹理到默认的纹理ID（
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
//9.设置纹理属性
/*
参数1：纹理维度
参数2：线性过滤、为s,t坐标设置模式
参数3：wrapMode,环绕模式
*/
glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR );
glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR );
glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
float fw = width, fh = height;
//10.载入纹理2D数据
/*
参数1：纹理模式，GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
参数2：加载的层次，一般设置为0
参数3：纹理的颜色值GL_RGBA
参数4：宽
参数5：高
参数6：border，边界宽度
参数7：format
参数8：type
参数9：纹理数据
*/
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, fw, fh, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, spriteData);
//11.释放spriteData
free(spriteData);
return 0;
}
#pragma mark --shader
//加载shader
-(GLuint)loadShaders:(NSString *)vert Withfrag:(NSString *)frag
{
//1.定义2个零时着色器对象
GLuint verShader, fragShader;
//创建program
GLint program = glCreateProgram();
//2.编译顶点着色程序、片元着色器程序
//参数1：编译完存储的底层地址
//参数2：编译的类型，GL_VERTEX_SHADER（顶点）、GL_FRAGMENT_SHADER(片元)
//参数3：文件路径
[self compileShader:&verShader type:GL_VERTEX_SHADER file:vert];
[self compileShader:&fragShader type:GL_FRAGMENT_SHADER file:frag];
//3.创建最终的程序
glAttachShader(program, verShader);
glAttachShader(program, fragShader);
//4.释放不需要的shader
glDeleteShader(verShader);
glDeleteShader(fragShader);
return program;
}
//编译shader
- (void)compileShader:(GLuint *)shader type:(GLenum)type file:(NSString *)file{
//1.读取文件路径字符串
NSString* content = [NSString stringWithContentsOfFile:file encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];
const GLchar* source = (GLchar *)[content UTF8String];
//2.创建一个shader（根据type类型）
*shader = glCreateShader(type);
//3.将着色器源码附加到着色器对象上。
//参数1：shader,要编译的着色器对象 *shader
//参数2：numOfStrings,传递的源码字符串数量 1个
//参数3：strings,着色器程序的源码（真正的着色器程序源码）
//参数4：lenOfStrings,长度，具有每个字符串长度的数组，或NULL，这意味着字符串是NULL终止的
glShaderSource(*shader, 1, &source,NULL);
//4.把着色器源代码编译成目标代码
glCompileShader(*shader);
}
效果
效果.png
在ios中，图片的原点位于左上角，而纹理坐标的原点位于左下角，因此，图片是倒置的。在使用iOS封装的glkView中，我们使用的方式是使用字典将纹理坐标原点和图片坐标原点重合，,在自定义着色器中，可以阅读一下CC老师的这篇文章OpenGL 2D纹理单元&纹理翻转解决策略，里面介绍了好几种方式进行处理。
