本案例的主要目的是理解GLSL中如何使用索引绘图。最终效果如下：
GLSL使用索引绘图效果图
什么是索引绘图
一个图形有许多顶点，如本案例最终效果中的金字塔，一共有5个面6个三角形组成。由这6个三角形根据图元装配绘制金字塔效果。在绘制过程中，共使用了18个顶点，因为图元装配方式使得有些顶点是进行了复用，而实际肉眼可见顶点个数只有5个。如下图所示。
image.png
索引绘制技巧就是将图形中肉眼可见的顶点，通过索引的方式表示顶点之间的连接。
在上图中，各三角形的顶点构成方式如下：
- 左面的三角形由顶点{0，2，4}构成。
- 右面的三角形由顶点{1，4，3}构成。
- 前面的三角形由顶点{2，3，4}构成。
- 后面的三角形由顶点{0，4，1}构成。
- 底部由两个三角形组成，两个三角形分别是由顶点{0，3，2}和顶点{0，1，3}构成。
使用GLSL索引绘图的思路如下：
GLSL索引绘图的思路
准备工作
- 新建一个iOS工程，并将新工程中的view的继承关系，修改成继承于自定义View。
- 在图形进行旋转时需要用到矩阵相乘的操作，本案例中引入一个数学库，完成矩阵相乘等操作。
自定义着色器文件
自定义着色器文件的内容如下：
自定义着色器
顶点着色器
- 由于本案例中点击按钮将实现旋转，这将涉及矩阵变换，因此需要在顶点着色器中定义两个uniform变量：1，投影矩阵；2，模型视图矩阵。
- 在计算顶点最终坐标时，需要将投影矩阵模型视图矩阵源顶点坐标，再将最终结果值赋值给内建变量gl_Position。
- 注意：在顶点数据与矩阵相乘时，需要注意相乘的顺序。因为在OpenGL ES中是以列向量为主，position是列向量，即41矩阵。而投影矩阵、模型视图矩阵都是44矩阵，因此需要按投影矩阵模型视图矩阵position的顺序。
attribute vec4 position;
attribute vec4 positionColor;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 modelViewMatrix;
varying lowp vec4 varyColor;
void main(){
varyColor = positionColor;
gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * position;
}
片元着色器
- 本案例中不涉及纹理操作，因此只需要在片元着色器中将顶点颜色直接赋值给内建变量gl_FragColor即可。
- 如果顶点颜色少于顶点个数，则会对缺少颜色的顶点进行颜色插值，产生一个类似颜色渐变的效果。
- 如果不想引入插值，则需要指定整个面的颜色而不是顶点颜色。
varying lowp vec4 varyColor;
void main(){
gl_FragColor = varyColor;
}
重写layoutSubviews函数
在layoutSubviews函数中，主要完成以下工作：
image.png
- 设置绘制图层
创建绘制内容的载体。
-(void)setupLayer{
self.myEagLayer = (CAEAGLLayer*)self.layer;
[self setContentScaleFactor:[[UIScreen mainScreen] scale]];
self.myEagLayer.opaque = YES;
self.myEagLayer.drawableProperties = @{
kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking:@false,
kEAGLDrawablePropertyColorFormat:kEAGLColorFormatRGBA8
};
}
+ (Class)layerClass{
return [CAEAGLLayer class];
}
- 设置上下文
用于记录绘制过程中的一些状态信息。
-(void)setupContext{
self.myContext = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
[EAGLContext setCurrentContext:self.myContext];
}
- 清空缓冲区
避免之前缓冲区的数据对本次绘制造成影响。
-(void)deletBuffer{
glDeleteRenderbuffers(1, &_myColorRenderBuffer);
self.myColorRenderBuffer = 0;
glDeleteFramebuffers(1, &_myColorFrameBuffer);
self.myColorFrameBuffer = 0;
}
- 设置顶点缓冲区
设置一下用于存储顶点数据或颜色数据等的缓冲区。
-(void)setupRenderBuffer{
glGenRenderbuffers(1, &_myColorRenderBuffer);
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
[self.myContext renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:self.myEagLayer];
}
- 设置帧缓冲区
设置管理顶点缓冲区的帧缓冲区。
-(void)setupFrameBuffer{
glGenFramebuffers(1, &_myColorFrameBuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, self.myColorFrameBuffer);
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
}
- 根据着色器文件创建program
6.1 读取着色器文件；
6.2 创建顶点着色器和片元着色器；
6.3 分别着色器文件将内容加载到顶点着器和片元着色器中；
6.4 编译着色器；
6.5 创建program；
6.6 将着色器链附着到program上；
6.7 删除已经附着过的着色器；
以上是一个编译着色器文件并附着至program中的流程，在OpenGL ES案例03 - 使用GLSL完成纹理图片加载中也有描述过该流程，详细的代码可参见本案例的Demo。
-(void)setupProgram{
NSString* vertFile = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"shaderv" ofType:@"vsh"];
NSString* fragFile = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"shaderf" ofType:@"fsh"];
self.myProgram = [self loadShader:vertFile frag:fragFile];
glLinkProgram(self.myProgram);
glUseProgram(self.myProgram);
}
- 设置顶点数据
这部分主要是将顶点数据从CPU传递给GPU，并打开顶点属性通道。
-(void)setupVertexData{
//(1)顶点数组 前3顶点值（x,y,z），后3位颜色值(RGB)
GLfloat attrArr[] = {
-0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, //左上0
0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, //右上1
-0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, //左下2
0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, //右下3
0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, //顶点4
};
GLuint bufferID;
glGenBuffers(1, &bufferID);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(attrArr), attrArr, GL_DYNAMIC_DRAW);
GLuint position = glGetAttribLocation(self.myProgram, "position");
glEnableVertexAttribArray(position);
glVertexAttribPointer(position, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6*sizeof(GLfloat), NULL);
GLuint positionColor = glGetAttribLocation(self.myProgram, "positionColor");
glEnableVertexAttribArray(positionColor);
glVertexAttribPointer(positionColor, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6*sizeof(GLfloat), (GLfloat*)NULL+3);
}
- 设置投影矩阵
本案例中绘制的是一个立体图形，为了更逼近真实效果，需要设置一个投影矩阵。
8.1 创建一个4*4的矩阵；
8.2 通过ksMatrixLoadIdentity函数，将投影矩阵初始化为一个单元矩阵；
8.3 通过ksPerspective函数，设置透视投影；
8.4 通过glUniformMatrix4fv函数，将投影矩阵传递给顶点着色器；
-(void)setupProjectionData{
GLuint projectionMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myProgram, "projectionMatrix");
KSMatrix4 _projectionMatrix;
ksMatrixLoadIdentity(&_projectionMatrix);
float aspect = self.frame.size.width/self.frame.size.height;
ksPerspective(&_projectionMatrix, 30, aspect, 5.0, 20.0);
ksTranslate(&_projectionMatrix, 0, 0, -10.0);
glUniformMatrix4fv(projectionMatrixSlot, 1, GL_FALSE, &_projectionMatrix.m[0][0]);
}
- 设置模型视图矩阵
初始化一个模型视图矩阵，后续可将旋转、平移等操作与该矩阵进行相乘。
9.1 定义一个4*4的模型视图矩阵；
9.2 通过ksMatrixLoadIdentity函数，将模型视图矩阵初始化为一个单元矩阵；
9.3 通过glUniformMatrix4fv函数，将模型视图矩阵传递给顶点着色器；
- (void)setupModelViewData{
GLuint modelViewMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myProgram, "modelViewMatrix");
KSMatrix4 _modelViewMatrix;
ksMatrixLoadIdentity(&_modelViewMatrix);
glUniformMatrix4fv(modelViewMatrixSlot, 1, GL_FALSE, &_modelViewMatrix.m[0][0]);
}
- 开始绘制
至此，基本的操作已经完成了，之前的案例中使用的默认绘图方式，这里通过使用glDrawElements函数来完成索引绘图。
-(void)render{
glClearColor(0, 0.0, 0, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
GLfloat scale = [[UIScreen mainScreen] scale];
glViewport(self.frame.origin.x * scale, self.frame.origin.y * scale, self.frame.size.width * scale, self.frame.size.height * scale);
glEnable(GL_CULL_FACE);
//(2).索引数组
GLuint indices[] = {
0, 3, 2,
0, 1, 3,
0, 2, 4,
0, 4, 1,
2, 3, 4,
1, 4, 3,
};
/*
GLenum mode：绘图的模型
GL_POINTS
GL_LINES
GL_LINE_LOOP
GL_LINE_STRIP
GL_TRIANGLES
GL_TRIANGLE_STRIP
GL_TRIANGLE_FAN
GLsizei count：绘图所需要索引的个数
GLenum type：索引数组中数据类型
const GLvoid* indices：索引数组
*/
glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices)/sizeof(indices[0]), GL_UNSIGNED_INT, indices);
[self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}
至此，已经完成了整个图形的绘制。接下来就是完成点击按钮后可以执行旋转的效果了。
实现按钮点击后图形旋转效果
为了让图形能沿着x、y、z轴旋转，我们定义三个按钮，分别命名为x、y、z，当点击不同按钮时，沿着不同的轴进行旋转，点击一次为启动旋转，再次点击为停止旋转。
重点：此部分的重点为如何发生旋转。
- 定义一个4*4的模型视图矩阵；
- 通过ksMatrixLoadIdentity函数将模型视图矩阵初始化为一个单元矩阵；
- 定义一个4*4的旋转矩阵；
- 通过ksMatrixLoadIdentity函数，将定义的旋转矩阵也初始化为一个单元矩阵；
- 通过ksRotate函数，实现沿某个轴发生旋转；
- 通过ksMatrixMultiply函数，将旋转矩阵与模型视图矩阵相乘，并将结果放入模型视图矩阵中；
- 通过glUniformMatrix4fv函数将最终模型视图矩阵传递给顶点着色器；
- 重新绘制；
-(void)reDegree{
xDegree += bX*5;
yDegree += bY*5;
zDegree += bZ*5;
GLuint modelViewMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myProgram, "modelViewMatrix");
KSMatrix4 _modelViewMatrix;
ksMatrixLoadIdentity(&_modelViewMatrix);
KSMatrix4 _rotationMatrix;
ksMatrixLoadIdentity(&_rotationMatrix);
ksRotate(&_rotationMatrix, xDegree, 1, 0, 0);
ksRotate(&_rotationMatrix, yDegree, 0, 1, 0);
ksRotate(&_rotationMatrix, zDegree, 0, 0, 1);
ksMatrixMultiply(&_modelViewMatrix, &_rotationMatrix, &_modelViewMatrix);
glUniformMatrix4fv(modelViewMatrixSlot, 1, GL_FALSE, &_modelViewMatrix.m[0][0]);
[self render];
}
完整代码见：GLSL三角形变换Demo地址