NO.16 - OpenGL ES GLSL图片倒置的翻转解决方案

在在上篇OpenGL ES 使用GLSL加载图片案例中，我们发现加载的图片是倒置的，如下图所示

倒置的图片

倒置的原因：主要是由于纹理坐标的原点（0，0）是在左下角，而屏幕的坐标原点（0，0）是在左上角。

几种纹理倒置的解决方案

方案一：图形顶点翻转180°，纹理保持原状

在自定义的顶点着色器中实现顶点数据的翻转180°，需要将顶点 * 旋转矩阵，得到新的顶点坐标，在赋值给内建变量gl_Position

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatrix;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main(){
    varyTextCoord = textCoordinate;
    
    vec4 vPos = position;
    vPos = vPos * rotateMatrix;
    
    gl_Position = vPos;
}

自定义方法：使用矩阵翻转图形顶点

- (void)rotateTextureImage{
    //注意，想要获取shader里面的变量，这里记得要在glLinkProgram后面，后面，后面！
       //1. rotate等于shaderv.vsh中的uniform属性，rotateMatrix
    
    GLuint rotate = glGetUniformLocation(self.myPrograme, "rotateMatrix");
    
    //2.获取渲旋转的弧度
    float radius = 180 * 3.14159f / 180.0f;
    //3.求得弧度对于的sin\cos值
    float s = sin(radius);
    float c = cos(radius);

    //4.设置旋转矩阵 OpenGL ES用的是列向量
    /*
     参考Z轴旋转矩阵
     */
    GLfloat zRotation[16] = {
        c, -s, 0, 0,
        s, c, 0, 0,
        0, 0, 1, 0,
        0, 0, 0, 1,
    };
    
    //5.设置旋转矩阵
    /*
     glUniformMatrix4fv (GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, const GLfloat* value)
     location : 对于shader 中的ID
     count : 个数
     transpose : 转置
     value : 指针
     */
    glUniformMatrix4fv(rotate, 1, GL_FALSE, zRotation);
    
}

在renderLayer函数中的设置纹理采样器之后调用[self rotateTextureImage];

问题
其实在上述步骤之后翻转的图片虽然翻转了，但是并不是我们期望的结果，所以，还需要再次进行翻转，即围绕x轴进行翻转，在上面代码的基础上增加以下代码

shaderv.vsh中增加一个翻转矩阵uniform mat4 scaleMatrix;
修改main中矩阵相乘为vPos = vPos * rotateMatrix * scaleMatrix;

shaderv.vsh完整源码如下

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatrix;
uniform mat4 scaleMatrix;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main(){
    varyTextCoord = textCoordinate;
    
    vec4 vPos = position;
    vPos = vPos * rotateMatrix * scaleMatrix;
    
    gl_Position = vPos;
    
    
}

view中的rotateTextureImage函数中
- 拿到着色器中scaleMatrix的入口
- 在zRotation矩阵数组后新增一个翻转矩阵
- 再设置一个翻转矩阵

rotateTextureImage完整代码如下

- (void)rotateTextureImage{
    //注意，想要获取shader里面的变量，这里记得要在glLinkProgram后面，后面，后面！
       //1. rotate等于shaderv.vsh中的uniform属性，rotateMatrix
    
    GLuint rotate = glGetUniformLocation(self.myPrograme, "rotateMatrix");
    GLuint scale = glGetUniformLocation(self.myPrograme, "scaleMatrix");
    
    //2.获取渲旋转的弧度
    float radius = 180 * 3.14159f / 180.0f;
    //3.求得弧度对于的sin\cos值
    float s = sin(radius);
    float c = cos(radius);
    
    //4.因为在3D课程中用的是横向量，在OpenGL ES用的是列向量
    /*
     参考Z轴旋转矩阵
     */
    GLfloat zRotation[16] = {
        c, -s, 0, 0,
        s, c, 0, 0,
        0, 0, 1, 0,
        0, 0, 0, 1,
    };
    
    GLfloat scaleMartix[16] = {
        -1, 0, 0, 0,
        0, 1, 0, 0,
        0, 0, 1, 0,
        0, 0, 0, 1,
    };
//5.设置旋转矩阵
    /*
     glUniformMatrix4fv (GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, const GLfloat* value)
     location : 对于shader 中的ID
     count : 个数
     transpose : 转置
     value : 指针
     */
    glUniformMatrix4fv(rotate, 1, GL_FALSE, zRotation);
    glUniformMatrix4fv(scale, 1, GL_FALSE, scaleMartix);
    
}

方案二：解压图片时，将图片源文件翻转
在加载纹理setupTexture函数的第六步使用默认方法绘制后，及context绘制的图片进行翻转，主要代码如下

    //围绕x、y平移
    CGContextTranslateCTM(spriteContext, rect.origin.x, rect.origin.y);
    //围绕y平移
    CGContextTranslateCTM(spriteContext, 0, rect.size.height);
    //x⽅向不变 y⽅向沿着画布⾃己的 坐标系对应的y轴渲染
    CGContextScaleCTM(spriteContext, 1.0, -1.0);//翻转
    //相对于画布，在自己的坐标系上画图
    CGContextTranslateCTM(spriteContext, -rect.origin.x, -rect.origin.y);
    CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);

也可以简化为：

    CGContextTranslateCTM(spriteContext, 0, rect.size.height);
    //x⽅向不变 y⽅向沿着画布⾃己的 坐标系对应的y轴渲染
    CGContextScaleCTM(spriteContext, 1.0, -1.0);//翻转
    CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);

方案三：修改片元着色器，纹理坐标围绕y轴翻转
将shaderf.fsh中的gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);改为gl_FragColor = texture2D(colorMap, vec2(varyTextCoord.x,1.0-varyTextCoord.y));，将纹理坐标围绕y轴翻转

varying lowp vec2 varyTextCoord;
uniform sampler2D colorMap;

void main()
{
    //gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
    gl_FragColor = texture2D(colorMap, vec2(varyTextCoord.x,1.0-varyTextCoord.y));
}

方案四：修改顶点着色器，纹理坐标围绕y轴翻转
将shaderv.vsh中的varyTextCoord = textCoordinate;改为varyTextCoord = vec2(textCoordinate.x,1.0-textCoordinate.y);，将纹理坐标围绕y轴翻转，其实方案四与方案三是一个原理，只是在不同的着色器中修改纹理坐标

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main()
{
    //varyTextCoord = textCoordinate;
    varyTextCoord = vec2(textCoordinate.x,1.0-textCoordinate.y);
    gl_Position = position;
}

方案五：直接修改顶点数组中的纹理坐标
原理同3、4一致，只是直接在顶点数组中修改源数据

原顶点数据数组

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,
    };

修改后的顶点数组

 GLfloat attrArr[] =
    {
        0.5f, -0.5f, -1.0f,     1.0f, 1.0f,
        -0.5f, 0.5f, -1.0f,     0.0f, 0.0f,
        -0.5f, -0.5f, -1.0f,    0.0f, 1.0f,
        
        0.5f, 0.5f, -1.0f,      1.0f, 0.0f,
        -0.5f, 0.5f, -1.0f,     0.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f, -1.0f,     1.0f, 1.0f,
    };

方案六：直接翻转顶点着色器中的顶点
在翻转顶点时，就不是直接对Y值用1去减，因为顶点的取值范围是[-1 1] ,所以我们直接加上负号做翻转即可

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main(){
    varyTextCoord = textCoordinate;
    gl_Position = vec4(position.x, -position.y, position.z, 1);
}

总结
根据本文提及的6个方案，可以简单归纳为以下三种倒置翻转的思路

翻转纹理坐标（可以在顶点着色器、片元着色器，甚至顶点数组中修改）：方案三、方案四、方案五
翻转顶点坐标（通过矩阵旋转，或者定点着色器中修改顶点坐标）：方案一、方案六
图片源文件翻转（其实也是通过将context通过矩阵变换进行翻转）：方案二