本文是关于OpenGL ES的系统性学习过程，记录了自己在学习OpenGL ES时的收获。
这篇文章的作用是学习的OpenGL ES深度测试技术，实例是绘制立方体，并进行纹理贴图。
环境是Xcode8.1+OpenGL ES 2.0
目前代码已经放到github上面，OpenGL ES入门14-深度测试
欢迎关注我的 OpenGL ES入门专题
实现效果
开启深度测试.gif
未开启深度测试.gif
深度缓冲
深度缓冲与颜色缓冲类似，深度缓冲存储的是每个片段的信息， 通常情况下与颜色缓冲区有相同的宽度和高度。在iOS中，我们需要自己创建深度缓冲，我们可以创建16位的深度缓冲区。当深度测试启用的时候， OpenGL 测试深度缓冲区内的深度值。OpenGL 执行深度测试的时候，如果此测试通过，深度缓冲内的值将被设为新的深度值，如果深度测试失败，则丢弃该片段。屏幕空间坐标直接有关的视区，由 OpenGL 的 glViewport 函数给定，并且可以通过片段着色器中内置的 gl_FragCoord 变量访问。gl_FragCoord 的 X 和 y 表示该片段的屏幕空间坐标。gl_FragCoord 还包含一个 z 坐标，它包含了片段的实际深度值。此 z 坐标值是与深度缓冲区的内容进行比较的值。深度缓冲区中包含深度值介于0.0和1.0之间，物体接近近平面的时候，深度值接近0.0，物体接近远平面时，深度接近1.0。
创建深度缓冲区
在iOS中需要手动创建深度缓冲区，我们使用 glGenRenderbuffers 创建深度缓冲区，然后为其分配16位的存储空间，最后绑定深度缓冲与帧缓冲。
- (void)setupFrameAndRenderBuffer
{
// Setup color render buffer
glGenRenderbuffers(1, &_colorRenderBuffer);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
[_context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:_eaglLayer];
// Setup depth render buffer
int width, height;
glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_WIDTH, &width);
glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT, &height);
// Create a depth buffer that has the same size as the color buffer.
glGenRenderbuffers(1, &_depthRenderBuffer);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH_COMPONENT16, width, height);
// Setup frame buffer
glGenFramebuffers(1, &_frameBuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, _frameBuffer);
// Attach color render buffer and depth render buffer to frameBuffer
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0,
GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT,
GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
// Set color render buffer as current render buffer
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
// Check FBO satus
GLenum status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);
if (status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
NSLog(@"Error: Frame buffer is not completed.");
exit(1);
}
}
开启深度测试
深度测试默认是关闭的，我们需要用 glEnable 来手动开启。启用深度测试后，如果片段通过深度测试，OpenGL自动在深度缓冲区存储片段的 z 值，如果深度测试失败，那么相应地丢弃该片段
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
清除深度缓冲区
在启用了深度测试后，在渲染之前需要使用 GL_DEPTH_BUFFER_BIT 清除深度缓冲区，否则深度缓冲区将保留上一次进行深度测试时所写的深度值。
glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
只读的深度缓冲区
在某些时候我们不希望更新深度缓冲区，我们可以使用一个只读的深度缓冲区。OpenGL允许我们通过将其深度掩码设置为GL_FALSE禁用深度缓冲区写入。
glDepthMask(GL_FALSE);
深度测试函数
我们可以修改OpenGL的深度测试比较运算符，从而可以控制OpenGL通过或丢弃碎片以及如何更新深度缓冲区。默认情况下使用GL_LESS，默认丢弃深度值高于或等于当前深度缓冲区的值的片段。
| 运算符 | 描述 |
|---|---|
| GL_ALWAYS | 永远通过测试 |
| GL_NEVER | 永远不通过测试 |
| GL_LESS | 在片段深度值小于缓冲区的深度时通过测试 |
| GL_EQUAL | 在片段深度值等于缓冲区的深度时通过测试 |
| GL_LEQUAL | 在片段深度值小于等于缓冲区的深度时通过测试 |
| GL_GREATER | 在片段深度值大于缓冲区的深度时通过测试 |
| GL_NOTEQUAL | 在片段深度值不等于缓冲区的深度时通过测试 |
| GL_GEQUAL | 在片段深度值大于等于缓冲区的深度时通过测试 |
绘制立方体
1、初始化深度缓冲区。
- (void)setupFrameAndRenderBuffer
{
// Setup color render buffer
glGenRenderbuffers(1, &_colorRenderBuffer);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
[_context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:_eaglLayer];
// Setup depth render buffer
int width, height;
glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_WIDTH, &width);
glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT, &height);
// Create a depth buffer that has the same size as the color buffer.
glGenRenderbuffers(1, &_depthRenderBuffer);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH_COMPONENT16, width, height);
// Setup frame buffer
glGenFramebuffers(1, &_frameBuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, _frameBuffer);
// Attach color render buffer and depth render buffer to frameBuffer
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0,
GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT,
GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
// Set color render buffer as current render buffer
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
// Check FBO satus
GLenum status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);
if (status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
NSLog(@"Error: Frame buffer is not completed.");
exit(1);
}
}
2、初始化投影矩阵。
- (void)setupProjectionMatrix
{
mat4_t projectMatrix = mat4_perspective(M_PI/3, self.frame.size.width/self.frame.size.height, 1, 10);
GLint projectionSlot = glGetUniformLocation(_program, "projection");
glUniformMatrix4fv(projectionSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat *)&projectMatrix);
}
3、初始化模型视图矩阵。
- (void)setupModelViewMatrix
{
static CGFloat angle = 0;
mat4_t modelView = mat4_create_translation(0, 0, -4);
modelView = mat4_rotate(modelView, angle, 1, 1, 0);
GLint modelViewSlot = glGetUniformLocation(_program, "modelView");
glUniformMatrix4fv(modelViewSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat *)&modelView);
angle += M_PI/180;
}
4、初始化顶点、纹理坐标数据。
- (void)setupVBO
{
_vertCount = 36;
GLfloat vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f
};
// 创建VBO
_vbo = createVBO(GL_ARRAY_BUFFER, GL_STATIC_DRAW, sizeof(vertices), vertices);
glEnableVertexAttribArray(glGetAttribLocation(_program, "position"));
glVertexAttribPointer(glGetAttribLocation(_program, "position"), 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, NULL);
glEnableVertexAttribArray(glGetAttribLocation(_program, "texcoord"));
glVertexAttribPointer(glGetAttribLocation(_program, "texcoord"), 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, NULL+sizeof(GL_FLOAT)*3);
}
5、初始化纹理。
- (void)setupTexure
{
NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"wood" ofType:@"jpg"];
unsigned char *data;
int size;
int width;
int height;
// 加载纹理
if (read_jpeg_file(path.UTF8String, &data, &size, &width, &height) < 0) {
printf("%s\n", "decode fail");
}
// 创建纹理
_texture = createTexture2D(GL_RGB, width, height, data);
if (data) {
free(data);
data = NULL;
}
}
6、初始化定时器。
- (void)setupLinker
{
CADisplayLink *linker = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(render)];
linker.frameInterval = 1;
[linker addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
}
7、渲染。
- (void)render
{
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//glDepthFunc(GL_ALWAYS);
//glDepthMask(GL_FALSE);
glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glViewport(0, 0, self.frame.size.width, self.frame.size.height);
// 模型矩阵
[self setupModelViewMatrix];
// 纹理
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _texture);
glUniform1i(glGetUniformLocation(_program, "image"), 0);
// 绘制
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, _vertCount);
//将指定 renderbuffer 呈现在屏幕上，在这里我们指定的是前面已经绑定为当前 renderbuffer 的那个，在 renderbuffer 可以被呈现之前，必须调用renderbufferStorage:fromDrawable: 为之分配存储空间。
[_context presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}
参考资料
http://www.cnblogs.com/kesalin/archive/2012/12/06/3D_math.html