OpenGL ES学习之路(8.1) 光照案例

实现效果

image.png

实现目的

本案例主要实现绘制金字塔，并显示法向量位置和颜色和光源颜色

源码分析

首先新建OPenGL ES上下文，然后获取GLKView，将上下文设置为当前上下文。接下来初始化并设置灯光的效果和灯光位置，同时也需要设置法线的灯光配置。为了更好地观察金字塔的变化还需要将矩阵旋转一定角度和平移矩阵，然后设置金字塔的顶点位置，通过结构体来设置的，最后再分配内存位置和大小。

-(void)setUp
{
    //1.新建OpenGL ES 上下文
    self.mContext = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
    
    GLKView *view = (GLKView *)self.view;
    view.context = self.mContext;
    view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;
    //将mContext 设置为当前context
    [EAGLContext setCurrentContext:self.mContext];
    
    //2.设置灯光效果
    self.baseEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
    self.baseEffect.light0.enabled = GL_TRUE;
    
    //光的漫射部分
    self.baseEffect.light0.diffuseColor = GLKVector4Make(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f);
    
    //世界坐标中的光的位置
    self.baseEffect.light0.position = GLKVector4Make(1.0f, 1.0f, 0.5f, 0.0f);
    
    //设置法线配置
    self.extraEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
    self.extraEffect.useConstantColor = GL_TRUE;
    
    //调整模型矩阵，更好地观察
    //可以尝试不执行这段代码，改为false
    if (true) {
        
        //围绕x轴旋转-60度
        //返回一个4*4矩阵进行绕行任意矢量旋转
        GLKMatrix4 modelViewMatrix = GLKMatrix4MakeRotation(GLKMathDegreesToRadians(-60.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
        //围绕Z轴，旋转-30度
        modelViewMatrix = GLKMatrix4Rotate(modelViewMatrix, GLKMathDegreesToRadians(-30.0f), 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        
        //围绕Z方向，移动0.25f
        modelViewMatrix = GLKMatrix4Translate(modelViewMatrix, 0.0f, 0.0f, 0.25f);
        
        //设置baseEffect，extraEffect 模型矩阵
        self.baseEffect.transform.modelviewMatrix = modelViewMatrix;
        //法线一样需要修改，因为是基于baseeffect变化的
        self.extraEffect.transform.modelviewMatrix = modelViewMatrix;
    }
    
    //设置清屏颜色
    [self setClearColor:GLKVector4Make(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)];
    
    //确定图形的8个面
    triangles[0] = SceneTriangleMake(vertexA, vertexB, vertexD);
    triangles[1] = SceneTriangleMake(vertexB, vertexC, vertexF);
    triangles[2] = SceneTriangleMake(vertexD, vertexB, vertexE);
    triangles[3] = SceneTriangleMake(vertexE, vertexB, vertexF);
    triangles[4] = SceneTriangleMake(vertexD, vertexE, vertexG);
    triangles[5] = SceneTriangleMake(vertexE, vertexF, vertexH);
    triangles[6] = SceneTriangleMake(vertexG, vertexD, vertexH);
    triangles[7] = SceneTriangleMake(vertexH, vertexF, vertexI);
    
    //初始化缓存区
    //顶点缓存区
    /*
     参数1：数据大小 3个GLFloat类型，x,y,z
     参数2：有多少个数据，count
     参数3：数据大小
     参数4：用途 GL_STATIC_DRAW，
     */
    self.vertexBuffer = [[AGLKVertexAttribArrayBuffer alloc] initWithAttribStride:sizeof(SceneVertex) numberOfVertices:sizeof(triangles)/sizeof(SceneVertex) bytes:triangles usage:GL_DYNAMIC_DRAW];
    //因为暂时不知道法线的个数和数据大小，所以参数二填写0，参数三暂时填写NULL
    self.extraBuffer = [[AGLKVertexAttribArrayBuffer alloc] initWithAttribStride:sizeof(SceneVertex) numberOfVertices:0 bytes:NULL usage:GL_DYNAMIC_DRAW];
    //中心点的高
    self.centexVertexHeight = 0.0f;
    //是否使用面法线
    self.shouldUseFaceNormals = YES;
}

- (void)setClearColor:(GLKVector4)clearColorRGBA
{
    glClearColor(clearColorRGBA.r,
                 clearColorRGBA.g,
                 clearColorRGBA.b,
                 clearColorRGBA.a);
}

接下来开始绘制顶点数据并且判断是否需要绘制法线数据

-(void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect
{
    //设置清屏颜色
    glClearColor(0.3f, 0.3f, 0.3f, 0.3f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    //准备绘制
    [self.baseEffect prepareToDraw];
    
    //准备绘制顶点数据
    
    /*
     其实就是把数据传递过去，然后指定读取方式
     参数1：数据是做什么用的
     参数2：数据读取个数
     参数3：数据读取索引
     参数4：是否调用glEnableVertexAttribArray
     
     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。
     
     
     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，意味着数据在着色器端是不可见的，哪怕数据已经上传到GPU，由glEnableVertexAttribArray启用指定属性，才可在顶点着色器中访问逐顶点的属性数据。glVertexAttribPointer或VBO只是建立CPU和GPU之间的逻辑连接，从而实现了CPU数据上传至GPU。但是，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。
     
     那么，glEnableVertexAttribArray应该在glVertexAttribPointer之前还是之后调用？答案是都可以，只要在绘图调用（glDraw*系列函数）前调用即可。
     */
    
    [self.vertexBuffer prepareToDrawWithAttrib:GLKVertexAttribPosition numberOfCoordinates:3 attribOffset:offsetof(SceneVertex, position) shouldEnable:YES];
    
    //准备绘制光照数据
    [self.vertexBuffer prepareToDrawWithAttrib:GLKVertexAttribNormal numberOfCoordinates:3 attribOffset:offsetof(SceneVertex, normal) shouldEnable:YES];
    
    [self.vertexBuffer drawArrayWithMode:GL_TRIANGLES startVertexIndex:0 numberOfVertices:sizeof(triangles)/sizeof(SceneVertex)];
    
    //是否需要绘制光照法线
    if (self.shouldDrawNormals) {
        [self drawNormals];
    }
}

如果需要绘制法线数据的话，那么我们开始绘制法线数据

//绘制法线
-(void)drawNormals
{   //1.声明绘制光照法线数组
    GLKVector3 normalLineVertices[NUM_LINE_VERTS];
    
    //2.以每个顶点的坐标为起点，顶点坐标加上法向量的偏移值作为终点，更新法线显示数组
    //参数1.三角形数组
    //参数2：光源位置
    //参数3：法线显示的顶点数组
    SceneTrianglesNormalLinesUpdate(triangles, GLKVector3MakeWithArray(self.baseEffect.light0.position.v), normalLineVertices);
    
    //为extraBuffer 重新开辟空间
    [self.extraBuffer reinitWithAttribStride:sizeof(GLKVector3) numberOfVertices:NUM_LINE_VERTS bytes:normalLineVertices];
    
    //准备绘制数据
    [self.extraBuffer prepareToDrawWithAttrib:GLKVertexAttribPosition numberOfCoordinates:3 attribOffset:0 shouldEnable:YES];

    /*
     指示是否使用常量颜色的布尔值。
     如果该值设置为gl_true，然后存储在设置属性的值为每个顶点的颜色值。如果该值设置为gl_false，那么你的应用将使glkvertexattribcolor属性提供每顶点颜色数据。默认值是gl_false。
     */
    self.extraEffect.useConstantColor = GL_TRUE;
    //设置光源颜色为绿色，画顶点发现
    self.extraEffect.constantColor = GLKVector4Make(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
    
    //准备绘制-绿色的法线
    [self.extraEffect prepareToDraw];
    
    //绘制线段
    [self.extraBuffer drawArrayWithMode:GL_LINES startVertexIndex:0 numberOfVertices:NUM_NORMAL_LINE_VERTS];
    
    //设置光源颜色为黄色，并且画光源
    //red+green = yellow
    self.extraEffect.constantColor = GLKVector4Make(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
    
    //准备绘制-黄色的光源方向线
    [self.extraEffect prepareToDraw];
    
    //(NUM_LINE_VERTS - NUM_NORMAL_LINE_VERTS) = 2 .2点确定一条线,绘制最后两条光源线
    [self.extraBuffer drawArrayWithMode:GL_LINES startVertexIndex:NUM_NORMAL_LINE_VERTS numberOfVertices:(NUM_LINE_VERTS - NUM_NORMAL_LINE_VERTS)];
}

设置centexVertexHeight中心点的高度，可以改变金字塔的顶点和更改法线照射位置，金字塔顶点位置为E点，当修改E点的时候，也需要修改与它相关联的顶点

-(void)setCentexVertexHeight:(GLfloat)centexVertexHeight
{
    _centexVertexHeight = centexVertexHeight;
    
    //更新顶点E
    SceneVertex newVertexE = vertexE;
    newVertexE.position.z = _centexVertexHeight;
    
    //同时需要更新与顶点E相关的顶点，不然无效
    triangles[2] = SceneTriangleMake(vertexD, vertexB, newVertexE);
    triangles[3] = SceneTriangleMake(newVertexE, vertexB, vertexF);
    triangles[4] = SceneTriangleMake(vertexD, newVertexE, vertexH);
    triangles[5] = SceneTriangleMake(newVertexE, vertexF, vertexH);
    
   //然后更新法线
    [self updateNormals];
    
}

当更改中心点之后，需要更新法向量

//更新法向量
-(void)updateNormals
{
    if (self.shouldUseFaceNormals) {
        //更新每个点的平面法向量
        SceneTrianglesUpdateFaceNormals(triangles);
    }else {
        
        //通过平均值求出每一个点的法向量
        SceneTrianglesUpdateVertexNormals(triangles);
    }
    //重新渲染
    [self.vertexBuffer reinitWithAttribStride:sizeof(SceneVertex) numberOfVertices:sizeof(triangles)/sizeof(SceneVertex) bytes:triangles];
}

当开启绘制法向量的时候，也需要更新法向量的位置和数据

-(void)setShouldUseFaceNormals:(BOOL)shouldUseFaceNormals
{
    if (shouldUseFaceNormals != _shouldUseFaceNormals) {
        
        _shouldUseFaceNormals = shouldUseFaceNormals;
        
        [self updateNormals];
    }
    
}

到这里基本代码已经完成。

源码GitHub代码