iOS开发之OpenGL ES(二) —— 快速了解并使用GLK

前言

这篇文章的目的是为了快速了解GLKit,并使用它实现一个简单的加载图片的小功能。

什么是GLKit?

• GLKit 框架的设计⽬标是为了简化基于OpenGL / OpenGL ES 的应⽤开发. 它的出现
  加快OpenGL ES或OpenGL应用程序开发。 使⽤数学库，背景纹理加载，预先创建的着
  色器效果，以及标准视图和视图控制器来实现渲染循环。
• GLKit框架提供了功能和类，可以减少创建新的基于着⾊器的应用程序所需的⼯作量，或者支持依赖早期版本的OpenGL ES或OpenGL提供的固定函数顶点或片段处理的现有应用程序。

GLKit的主要功能

1. 加载纹理(Texture loading)：** GLKTextuerLoader Class**。纹理加载允许您的应用程序轻松地从各种来源加载纹理。 甚至可以在背景中使用几行代码来异步加载纹理。
2. 性能卓越的科学运算库， 支持矢量， 四元数，矩阵运算等。数学库提供常用的矢量，四元数和矩阵运算。 这些实现被优化以提供出色的性能。
3. 提供常见的着色器，实现常见的标准Shader特效。 GLKit允许你配置你所需要的特效，它会自动创建和加载对应的Shader。GLKBaseEffect, GLKReflectionMapEffect, GLKSkyboxEffect Class。
4. 提供GLKit的View和ViewController。GLKView Class和 GLKViewController Class。

使用GLKit在屏幕上加载一张图片

1.准备工作

导入相关文件

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

使当前的viewController继承GLKViewController
在viewDidLoad()方法中，

 //OpenGL ES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];

2.初始化OpenGL ES

代码如下所示，初始化上下文->获取GLKView和设置上下文->配置视图创建的渲染缓存区->设置背景颜色

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

3.加载顶点/纹理坐标数据

代码如下所示，设置包含顶点和纹理坐标的顶点数组->开辟顶点缓存区->分别从不同的通道中读取顶点坐标数据和纹理坐标数据

-(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, 0);
    
    //纹理坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, (GLfloat *)NULL + 3);
    
}

需要注意，在这行代码中glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, (GLfloat *)NULL + 3)
最后一个参数是ptr，指向数组中开始读取纹理坐标的第一个点，这里是指针，所以指向的是内存地址中的位置，所以这里参数写的不是vertexData[3]。

4.加载顶点/纹理坐标数据

代码如下所示，获取纹理图片路径->设置纹理参数->使用GLKBaseEffect完成顶点和片元着色器工作

-(void)setUpTexture
{
    //1.获取纹理图片路径
    NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"beauty" ofType:@"jpeg"];
    
    //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;
    
}

在这段代码中的第二步，设置了GLKTextureLoaderOriginBottomLeft，是为了解决图片的旋转问题，如果不设置这个参数，会发现图片加载后是倒过来的。

GLTextureLoader 简化从各种资源文件中加载纹理.
从CGImages创建纹理理

• • textureWithCGImage:options:error: 从Quartz图像 加载2D纹理图像并从数据创
    建新纹理
• • textureWithCGImage:options:queue:completionHandler: 从Quartz图像异步
    加载2D纹理图像,并根据数据创建新纹理.

从URL加载多维创建纹理

• • cabeMapWithContentsOfURL:options:errer: 从单个URL加载⽴方体贴图纹理
    图像,并根据数据创建新纹理
• • cabeMapWithContentsOfURL:options:queue:completionHandler:从单个
    URL异步加载⽴方体贴图纹理图像,并根据数据创建新纹理

从⽂件加载多维数据创建纹理

• • cubeMapWithContentsOfFile:options:errer: 从单个⽂件加载⽴方体贴图纹理理

对象,并从数据中创建新纹理

• • cubeMapWithContentsOfFile:options:queue:completionHandler:从单个⽂文件异步加载⽴方体贴图纹理对象,并从数据中创建新纹理
• • cubeMapWithContentsOfFiles:options:errer: 从一系列⽂件中加载立⽅体贴图
    纹理图像,并从数据中创建新纹理
• -cubeMapWithContentsOfFiles:options:queue:completionHandler:
  从⼀系列⽂件异步加载⽴方体贴图纹理图像,并从数据中创建新纹理

5.绘制视图的内容

这个方法是必须要实现的，用来绘制图像

/*
 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.清除颜色缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    //2.准备绘制
    [cEffect prepareToDraw];
    
    //3.开始绘制
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
}

6.运行结果

如下图所示

GLKit 加载图片

快速使用GLKit Demo