OpenGL笔记十一：GLKit初探

2019-06-03 本文已影响29人御雪飞斐

前言

GLKit 框架概述

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。

GLKView 提供绘制场所(View)
GLKViewController(扩展于标准的UIKit 设计模式，⽤于绘制视图内容的管理与呈现)

基本API：

初始化视图
- (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame context:(EAGLContext *)context;初始化视图。

配置帧缓冲区对象
drawableColorFormat 颜色缓冲区的格式
drawableDepthFormat 深度缓冲区的格式
drawableStencilFormat 模板缓冲区的格式
drawableMultisample 多重采样缓冲区的格式

设置帧缓冲区属性宽、高
drawableHeight 底层缓存区对象的高度（以像素为单位）
drawableWidth 底层缓存区对象的宽度（以像素为单位）

绘制视图的内容
context 存储绘制视图内容时使用的 OpenGL ES 上下文状态。
- (void)bindDrawable 将底层 FrameBuffer 对象绑定到 OpenGL ES
enableSetNeedsDisplay 布尔值，指定视图是否响应使得视图内容无效的消息。
- (void)display 立即重绘视图内容。

删除视图 FrameBuffer 对象
snapshot UIImage 类型，绘制视图内容并将其作为新图像对象返回。
- (void)deleteDrawable; 删除与视图关联的可绘制对象。

GLKViewDelegate 代理方法
- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect; 绘制视图内容（必须实现代理）

GLKViewController

GLKViewController 继承 UIViewController，（扩展于标准的 UIKit 设计模式，用于绘制视图内容的管理与呈现）

配置帧速率
preferredFramesPerSecond 视图控制器调用视图以及更新视图内容的速率，默认为30。
framesPerSecond 视图控制器调用视图以及更新视图内容的实际速率。

配置 GLKViewController 代理

控制帧更新：
paused 布尔值，渲染循环是否已暂停。
pauseOnWillResignActive 布尔值，当前程序重新激活活动状态时视图控制器是否自动暂停渲染循环。
resumeOnDidBecomeActive 布尔值，当前程序变为活动状态时视图控制是否自动恢复呈现循环。

获取有关 View 的更新信息：
framesPerSecond 视图控制器自创建以来发送的帧更新数。
timeSinceFirstResume 视图控制器第一次恢复发送更新事件以来经过的时间量。
timeSinceLastResume 自上次视图控制器恢复发送更新事件以来更新的时间量。
timeSinceLastUpdate 自上次视图控制器调用委托方法以及经过的时间量。
timeSinceLastDraw 自上次视图控制器调用视图 display 方法以来经过的时间量。

实现代理方法
- (void)glkViewControllerUpdate:(GLKViewController *)controller 处理更新事件
- (void)glkViewController:(GLKViewController *)controller willPause:(BOOL)pause 暂停/恢复通知

GLKBaseEffect

GLKBaseEffect 是 GLKit 提供的一种简单的光照/着色系统，用于基于着色器 OpenGL 渲染。

命名 Effect：
label 给 Effect（效果）命名。

配置模型视图转换：
transform 绑定效果时应用于顶点数据的模型视图，投影和纹理变换。

配置光照效果：
lightingType 用于计算每个片段的光照策略，GLKLightingType。

typedef NS_ENUM(GLint, GLKLightingType)
{
    GLKLightingTypePerVertex,
    GLKLightingTypePerPixel
} NS_ENUM_AVAILABLE(10_8, 5_0);

GLKLightingTypePerVertex 表示在三⻆形中每个顶点执行光照计算，然后在三⻆形进⾏插值。
GLKLightingTypePerPixel 表示光照计算的输入在三角形内插入，并且在每个⽚段执行光照计算。

配置光照：
lightModelTwoSided 布尔值，表示为基元的两侧计算光照。
material 计算渲染图元光照使⽤的材质属性。
lightModelAmbientColor 环境颜⾊，应⽤效果渲染的所有图元。
light0，light1，light2 分别为场景中第 1、2、3 个光照属性。
GLKit 最多就支持3个光照。

配置纹理：
texture2d0 是 readonly 的，第一个纹理属性。
texture2d1 是 readonly 的，第二个纹理属性。
textureOrder 纹理应⽤于渲染图元的顺序。
** GLKit 最多就支持2个纹理。** GLKit 的局限性。

配置雾化：
fog 应用于场景的雾属性。

配置颜色信息：
colorMaterialEnabled 布尔值，表示计算光照与材质交互时是否使用颜色顶点属性。
useConstantColor 布尔值，指示是否使用常量颜⾊。
constantColor 不提供每个顶点颜色数据时使⽤的常量颜⾊。

准备绘制效果：
- (void) prepareToDraw 准备渲染效果（绘制时同步所有效果更改以保持一致状态）。
绘制之前必须写。

配置GLKit视图

    //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;
    
    //配置视图创建的渲染缓存区
    view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatSRGBA8888;//颜色缓存区
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;//深度缓存区
    view.drawableStencilFormat = GLKViewDrawableStencilFormat8;//模板缓存区
    //启用多重采样
    view.drawableMultisample = GLKViewDrawableMultisample4X;

    //3.设置背景颜色
    glClearColor(1, 1, 1, 1.0);

GLKit 功能

加载纹理
提供⾼性能的数学运算
提供常⻅见的着⾊器
提供视图以及视图控制器

GLKit 纹理加载

GLKTextureInfo 创建OpenGL 纹理信息

name：OpenGL 上下⽂中纹理名称
target：纹理绑定的⽬标
width：加载纹理的宽度
height：加载的纹理⾼度
textureOrigin：加载纹理中的原点位置
alphaState：加载纹理中alpha分量状态
containsMipmaps：布尔值，加载的纹理是否包含mip贴图

GLTextureLoader 简化从各种资源⽂件中加载纹理

初始化

- initWithSharegroup:
初始化⼀个新的纹理加载到对象中
- initWithShareContext:
初始化⼀个新的纹理加载对象

从⽂件中加载处理

+ textureWithContentsOfFile:options:errer:
从⽂件加载2D纹理图像并从数据中创建新的纹理
- textureWithContentsOfFile:options:queue:completionHandler:
从⽂件中异步加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理

从URL加载纹理

- textureWithContentsOfURL:options:error:
从URL 加载2D纹理图像并从数据创建新纹理
- textureWithContentsOfURL:options:queue:completionHandler:
从URL异步加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理

从内存中表示创建纹理

+ textureWithContentsOfData:options:errer:
从内存空间加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理
- textureWithContentsOfData:options:queue:completionHandler:
从内存空间异步加载2D纹理图像，并从数据中创建新纹理

从CGImages创建纹理

- 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对象，并从数据中创建新纹理
- cubeMapWithContentsOfFile:options:queue:completionHandler:
从单个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，并从数据总创建新纹理
- cubeMapWithContentsOfFiles:options: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

GLKView 使⽤OpenGL ES 绘制内容的视图默认实现

//初始化视图
GLKView *view = [[GLKView alloc]initWithFrame:<#(CGRect)#> context:<#(nonnull EAGLContext *)#>];
//视图代理
view.delegate = self;
//配置视图创建的渲染缓存区
view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatSRGBA8888;//颜色缓存区
view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;//深度缓存区 view.drawableStencilFormat = GLKViewDrawableStencilFormat8;//模板缓存区
//启用多重采样
view.drawableMultisample = GLKViewDrawableMultisample4X;
//帧缓存区属性(readonly)
view.drawableWidth //底层缓存区对象的宽度(以像素为单位)
view.drawableHeight //底层缓存区对象的⾼度(以像素为单位)

绘制视图的内容

context 绘制视图内容时使⽤的OpenGL ES 上下⽂
- bindDrawable 将底层FrameBuffer 对象绑定到OpenGL ES
enableSetNeedsDisplay Bool，指定视图是否响应使得视图内容⽆效的消息
- display ⽴即重绘视图内容
snapshot 绘制视图内容并将其作为新图像对象返回
- deleteDrawable 删除与视图关联的可绘制对象，删除视图FrameBuffer对象

GLKViewDelegate ⽤于GLKView 对象回调⽅法

- glkView:drawInRect: 绘制视图内容 (必须实现代理)

更新

- (void) update 更新视图内容
- (void) glkViewControllerUpdate:

配置帧速率

preferredFramesPerSecond 视图控制器调⽤视图以及更新视图内容的速率
framesPerSencond 视图控制器调⽤视图以及更新其内容的实际速率

控制帧更新

paused Bool，渲染循环是否已暂停
pausedOnWillResignActive Bool，当前程序重新激活活动状态时视图控制器是否⾃动暂停渲染循环
resumeOnDidBecomeActive Bool，当前程序变为活动状态时视图控制是否⾃动恢复呈现循环

获取有关View 更新信息

frameDisplayed 视图控制器⾃创建以来发送的帧更新数
timeSinceFirstResume ⾃视图控制器第⼀次恢复发送更新事件以来经过的时间量

timeSinceLastResume ⾃上次视图控制器恢复发送更新事件以来更新的时间量
timeSinceLastUpdate ⾃上次视图控制器调⽤委托⽅法以及经过的时间量
timeSinceLastDraw ⾃上次视图控制器调⽤视图display ⽅法以来经过的时间量

处理更新事件

glkViewControllerUpdate: 在显示每个帧之前调⽤

暂停/恢复通知

- glkViewController:willPause: 在渲染循环暂停或恢复之前调⽤

GLKBaseEffect

GLKBaseEffect ⼀种简单光照/着⾊系统，⽤于基于着⾊器OpenGL 渲染

配置光照

lightModelTwoSided Bool，表示为基元的两侧计算光照
material 计算渲染图元光照使⽤的材质属性
lightModelAmbientColor 环境颜⾊，应⽤效果渲染的所有图元
light0 场景中第⼀个光照属性
light1 场景中第⼆个光照属性
light2 场景中第三个光照属性

配置纹理

texture2d0 第⼀个纹理属性
texture2d1 第⼆个纹理属性
textureOrder 纹理应⽤于渲染图元的顺序

配置雾化

fog 应⽤于场景的雾属性

配置颜⾊信息

colorMaterialEnable Bool，表示计算光照与材质交互时是否使⽤颜⾊顶点属性
useConstantColor Bool，指示是否使⽤常量颜⾊
constantColor 不提供每个顶点颜⾊数据时使⽤常量颜⾊

准备绘制

- prepareToDraw 准备渲染调用

部分代码：

//(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);

期待您移步下篇：OpenGL笔记十二：初探GLSL加载图片纹理

OpenGL笔记十一：GLKit初探

前言

GLKit 框架概述

基本API：

GLKViewController

GLKBaseEffect

配置GLKit视图

GLKit 功能

GLKit 纹理加载

GLTextureLoader 简化从各种资源⽂件中加载纹理

GLKView 使⽤OpenGL ES 绘制内容的视图默认实现

绘制视图的内容

GLKBaseEffect

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