OpenGL ES-GLKit框架相关API解析

一、OpenGL ES概念

  OpenGL ES(OpenGL for Embeded Systems)是以嵌入式为目标的高级3D图形应用程序编程接口，是智能手机中占据统治地位的图形API。支持iOS、Android、BlackBerry、Linux、Windows等平台。
  用于可视化的二维和三维数据。支持2D和3D数字内容创建、机械和建筑设计、虚拟原型设计、飞行模拟、视频游戏开发等应用程序。
  开发者可以使用OpenGL配置3D图形管道，并向其提交数据。顶点被变换和点亮，组合成图元，并进行光栅化为2D图像，最终显示在屏幕上。
  OpenGl旨在将函数调用转换为可发送到底层图形硬件的图形命令，由于该底层硬件专用于处理图形命令，所以OpenGL绘图效率非常高。
  相对于OpenGL，OpenGL ES是OpenGL的简化版本，消除了冗余功能，提供了一个既易于学习又易于在移动图形硬件中实现的库。

二、OpenGL ES版本

  目前OpenGL ES已经发布了四个版本：OpenGL ES 1.0、OpenGL ES 1.1、OpenGL ES 2.0和OpenGL ES 3.0。

• OpenGL ES 1.0与OpenGL ES 1.1采用固定功能管线，分别从OpenGL 1.3和1.5规范衍生而来。
• OpenGL ES 2.0采用可编程图形管线。从OpenGL 2.0衍生而来。
• OpenGL ES 3.0是手持图形革命的下一个步骤，从OpenGL 3.3衍生而来。

  OpenGL ES图形管线绘制流程同OpenGL，具体可阅读前面OpenGL文章：OpenGL–渲染流程解析

三、GLKit框架

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

  虽然苹果启用了OpenGL ES，但是iOS开发者仍然可继续使用该框架进行图形开发。

四、GLKit相关API

1.使用GLKit视图呈现OpenGL ES内容

2.GLKit 功能

• 加载纹理
• 提供⾼性能的数学运算
• 提供常⻅的着色器
• 提供视图以及视图控制器

3.相关代码
  配置GLKit视图

 -(void)setUpGLKitConfig {
    //1.初始化上下文&设置当前上下文
    context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    //判断context是否创建成功
    if (!context) {
        NSLog(@“Context create 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;
    
    //4.设置背景颜色
    glClearColor(1, 0, 0, 1.0);
}

-(void)drawRect:(CGRect)rect
{
    //清除帧缓冲区
    glClearColor(0.0f，0.0f，0.1f，1.0f); 
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    //使用先前配置的纹理，着色器和顶点数组绘制 
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D，_planetTexture); 
    glUseProgram(_diffuseShading);     
    glUniformMatrix4fv(_uniformModelViewProjectionMatrix，1,0，_modelViewProjectionMatrix.m); 
    glBindVertexArrayOES(_planetMesh); 
    glDrawElements(GL_TRIANGLE_STRIP，256，GL_UNSIGNED_SHORT);
}

4.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
• height : 加载的纹理⾼度
• width : 加载纹理的宽度
• 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

5.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。

五、GLKit 视图渲染

1. GLKView 使⽤OpenGL ES 绘制内容的视图默认实现

• 初始化视图
  • -initWithFrame:context: 初始化新视图
• 代理
  • delegate 视图的代理
• 配置帧缓存区对象
  • drawableColorFormat 颜色渲染缓存区格式
  • drawableDepthFormat 深度渲染缓存区格式
  • drawableStencilFormat 模板渲染缓存区的格式
  • drawableMultisample 多重采样缓存区的格式
• 帧缓存区属性
  • 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 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 布尔值,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
• 删除视图FrameBuffer对象
  • -deleteDrawable 删除与视图关联的可绘制对象

2. GLKViewDelegate ⽤于GLKView 对象回调方法

• 绘制视图的内容
  • -glkView:drawInRect: 绘制视图内容 (必须实现代理)

3. GLKViewController 管理OpenGL ES 渲染循环的视图控制器

• 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

• 配置GLKViewController 代理

  • delegate 视图控制器的代理

• 控制帧更新

  • paused 布尔值,渲染循环是否已暂停
  • pausedOnWillResignActive 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 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 glkViewControllerUpdate:
  • timeSinceLastDraw ⾃上次视图控制器调用视图display 方法以来经过的时间量。

4. GLKViewControllerDelegate 渲染循环回调⽅法

• 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

5. GLKBaseEffect ⼀种简单光照/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
  • GLKLightingType
    • 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⻆形内插入,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 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 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常量颜色
• 准备绘制效果
  • -prepareToDraw 准备渲染效果。

  关于GLKit的进一步详细使用，后续更新。