OpenGL + OpenGL ES +Metal 系列文章汇总
本案例是实现一个有纹理的立方体,并根据任意轴旋转,整体效果如下
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未加光照
无光照效果图
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增加光照效果
有光照效果图
增加光照的主要的思路如下
代码的实现主要分为4部分:
- 准备工作:这部分主要的相关库的导入及属性的创建(这里不做过多阐述)
- ViewDidLoad函数:初始化OpenGL ES相关属性,加载顶点&纹理坐标数据,以及设置定时器
- GLKViewDelegate函数:视图的绘制
- update函数:定时器方法,计算旋转角度并修改矩阵堆栈,重新渲染立方体,以实现立方体的旋转
ViewDidLoad函数
这部分主要是一些初始化工作
- commonInit: OpenGL ES相关初始化
- setupVertex: 加载顶点&纹理坐标数据
- addCADisplayLink: 添加定时器
commonInit函数
OpenGL ES初始化分为五部分:
- 初始化上下文 & 设置当前上下文
- 创建GLKView对象,并设置context,加入view中
- 配置深度缓冲区
- 获取纹理图片 & 设置纹理参数
- 初始化effect,并使用effect
注:代码分为OC版本和Swift版本
- OC
- (void) commonInit{
// 1、创建context
EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
[EAGLContext setCurrentContext:context];
// 2、创建GLKView并设置代理
CGRect frame = CGRectMake(0, 100, self.view.frame.size.width, self.view.frame.size.width );
self.glkView = [[GLKView alloc] initWithFrame:frame context:context];
self.glkView.backgroundColor = [UIColor clearColor];
self.glkView.delegate = self;
// 3、使用深度测试
self.glkView.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;
// 4、将glkView加入到view上
[self.view addSubview:self.glkView];
// 5、获取纹理图片
NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"mouse" ofType:@"jpg"];
UIImage *image = [UIImage imageWithContentsOfFile:filePath];
// 6、设置纹理参数(纹理倒置翻转的策略)
NSDictionary *options = @{GLKTextureLoaderOriginBottomLeft: @(YES)};
GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithCGImage:[image CGImage] options:options error:NULL];
// 7、使用effect
self.baseEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
self.baseEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;
self.baseEffect.texture2d0.target = textureInfo.target;
}
- Swift:其中有些变量使用了懒加载具体的代码请见文末的链接
fileprivate func commonInit(){
// 1、初始化上下文 & 设置当前上下文
guard let context = EAGLContext(api: .openGLES3) else{
return
}
EAGLContext.setCurrent(context)
glkView.context = context
// 读取纹理图片
let filePath = Bundle.main.path(forResource: "mouse", ofType: "jpg")
let image = UIImage(contentsOfFile: filePath!)
guard let textureInfo: GLKTextureInfo = try? GLKTextureLoader.texture(with: (image?.cgImage)!, options: [GLKTextureLoaderOriginBottomLeft:NSNumber.init(integerLiteral: 1)]) else{
return
}
// 使用effect
effect = GLKBaseEffect()
effect.texture2d0.name = textureInfo.name
effect.texture2d0.target = GLKTextureTarget(rawValue: textureInfo.target)!
}
setupVertex函数
这部分主要是设置顶点数据(顶点坐标 & 纹理坐标 & 法线),并将这些数据从CPU拷贝至GPU
设置顶点数据
下图是立方体的顶点坐标与纹理坐标图示
其中6个面与纹理的映射关系如下
顶点数据使用结构体定义
- OC版本
typedef struct {
GLKVector3 positionCoord; //顶点坐标
GLKVector2 textureCoord; //纹理坐标
GLKVector3 normal; //法线
} CCVertex;
//初始化--这里数据的初始化方式是c语言中的结构体赋值
(CCVertex){{-0.5, 0.5, 0.5}, {0, 1}, {0, 0, 1}};
- Swift版本(暂时未包括法线)
struct CCVertex {
var positionCoord: GLKVector3
var textureCoord: GLKVector2
}
//初始化
CCVertex(positionCoord: GLKVector3(v: (-0.5, 0.5, 0.5)), textureCoord: GLKVector2(v: (0, 1)))
顶点数据的具体代码见完整demo代码,这里不做过多说明
开辟缓存区,copy顶点数据到GPU
将顶点数据从内存(CPU)拷贝至显存(GPU)中
顶点缓冲区:简称VBO
顶点数组:简称VAO
在glBufferData
中确认了缓存区的大小
- OC版本
glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(CCVertex)*kCoordCount, self.vertices, GL_STATIC_DRAW);
- Swift版本
//2、拷贝到顶点缓冲区
glGenBuffers(1, &vertexBuffer)
// 绑定顶点缓冲区
glBindBuffer(GLenum(GL_ARRAY_BUFFER), vertexBuffer)
// coppy顶点数据
glBufferData(GLenum(GL_ARRAY_BUFFER), MemoryLayout.size*kVertexCount, vertices, GLenum(GL_STATIC_DRAW))
打开通道
attribute的开关在ios中是默认关闭的,需要使用代码手动开启,同时通道需要打开三次(顶点,纹理,法线各需要打开一次),将顶点数据从显存中读取到GLKit的着色器中
- OC版本
其中的NULL是可以省略的,但是加上代码可读性强
// 顶点数据
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(CCVertex), NULL+offsetof(CCVertex, positionCoord));
// 纹理数据
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(CCVertex), NULL+offsetof(CCVertex, textureCoord));
// 光照
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribNormal);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribNormal, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(CCVertex), NULL+offsetof(CCVertex, normal));
- Swift版本(暂未加光照)
glEnableVertexAttribArray(GLuint(GLKVertexAttrib.position.rawValue))
glVertexAttribPointer(GLuint(GLKVertexAttrib.position.rawValue), 3, GLenum(GL_FLOAT), GLboolean(GL_FALSE), GLsizei(MemoryLayout.size), UnsafeMutableRawPointer(bitPattern: 0))
glEnableVertexAttribArray(GLuint(GLKVertexAttrib.texCoord0.rawValue))
//这里加4的原因是因为苹果对部分包含vector类型数据的结构体加了一个padding,此处这个padding等于4个字节。CCVertex占24个字节,而不是5个float所占的20个字节
glVertexAttribPointer(GLuint(GLKVertexAttrib.texCoord0.rawValue), 2, GLenum(GL_FLOAT), GLboolean(GL_FALSE), GLsizei(MemoryLayout.size), UnsafeMutableRawPointer(bitPattern: MemoryLayout.size+4))
addCADisplayLink函数
初始化定时器,并将定时器加入runloop中,用于立方体旋转效果的实现
- OC版本
- (void)addCADisplayLink{
self.angle = 0;
self.displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(update)];
[self.displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
}
- Swift版本
fileprivate func addCADisplayLink(){
displayLink.add(to: RunLoop.main, forMode: .common)
}
update更新
CADisplayLink定时器的刷新的频率与屏幕刷新频率一致,每次刷新都需要计算旋转角度,并应用于立方体
- OC版本
- (void) update{
//计算旋转度数
self.angle = (self.angle +5) % 360;
// 修改baseEffect.transform.modelviewMatrix
self.baseEffect.transform.modelviewMatrix = GLKMatrix4MakeRotation(GLKMathDegreesToRadians(self.angle), 0.3, 1, 0.7);
// 重新渲染
[self.glkView display];
}
- Swift版本
@objc fileprivate func update(){
// 计算旋转角度
angle = (angle + 5).truncatingRemainder(dividingBy: 360)
// 修改矩阵堆栈
effect.transform.modelviewMatrix = GLKMatrix4MakeRotation(GLKMathDegreesToRadians(angle), 0.3, 1, -0.7)
// 重新渲染,回调代理方法重新绘制
glkView.display()
}
GLKViewDelegate代理
由于GLKView是自定义的,所以需要在前面设置delegate,当然也可以将控制器默认的view的父类改为GLKView,不需要设置delegate
代理方法的主要目的是绘制视图的内容,并根据定时器的旋转变换,重新渲染视图
- OC版本
-(void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect{
// 开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
// 清除缓存区
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// 准备绘制
[self.baseEffect prepareToDraw];
// 绘图(数组绘制)
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, kCoordCount);
}
- Swift版本
extension ViewController: GLKViewDelegate{
func glkView(_ view: GLKView, drawIn rect: CGRect) {
// 开启深度测试
glEnable(GLenum(GL_DEPTH_TEST));
glClear(GLbitfield(GL_COLOR_BUFFER_BIT) | UInt32(GL_DEPTH_BUFFER_BIT))
//准备绘制
effect.prepareToDraw()
//开始绘制
glDrawArrays(GLenum(GL_TRIANGLES), 0, GLsizei(kVertexCount))
}
}
注:swift与OC代码的难点主要还是在于对指针的操作
完整的代码见github - 09_GLKit_立方体+旋转OC、09_GLKit立方体+旋转_Swift(未包含光照效果),分别提供了OC和Swift版本