OpenGL ES - GLSL

OpenGL ES - GLSL

不采用GLKBaseEffect,使用编译链接自定义的着色器(shader)。用简单的glsl语言来实现顶点、片元着色器,并图形进行简单的变换。

OpenGL ES -自定义的着色器-

一、创建图层

CAEAGLLayer

/* CAEAGLLayer is a layer that implements the EAGLDrawable protocol,

  • allowing it to be used as an OpenGLES render target. Use the
  • `drawableProperties' property defined by the protocol to configure
  • the created surface. */

CAEAGLLayer是一个实现EAGLDrawable协议的层,
*允许它用作OpenGLES渲染目标。 使用
*协议定义的`drawableProperties'属性进行配置
*创建的表面。

  1. 创建图层

  2. 设置放大倍数

    [self setContentScaleFactor:[[UIScreen mainScreen]scale]];
    
  3. 将图层设为不透明(默认是透明的)

    self.myEagLayer.opaque = YES;
    
  4. 设置 drawableProperties 属性,这里设置不维持渲染内容以及颜色格式为RGBA8

    self.myEagLayer.drawableProperties = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:[NSNumber numberWithBool:false],kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking,kEAGLColorFormatRGBA8,kEAGLDrawablePropertyColorFormat,nil];
    
/************************************************************************/
/* Keys for EAGLDrawable drawableProperties dictionary                  */
/*                                                                      */
/* kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking:                                */
/*  Type: NSNumber (boolean)                                            */
/*  Legal Values: True/False                                            */
/*  Default Value: False                                                */
/*  Description: True if EAGLDrawable contents are retained after a     */
/*               call to presentRenderbuffer.  False, if they are not   */
/*                                                                      */
/* kEAGLDrawablePropertyColorFormat:                                    */
/*  Type: NSString                                                      */
/*  Legal Values: kEAGLColorFormat*                                     */
/*  Default Value: kEAGLColorFormatRGBA8                                */
/*  Description: Format of pixels in renderbuffer                       */
/************************************************************************/
  • kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking: 表示绘图表面显示后,是否保留其内容。这个key的值,是一个通过NSNumber包装的bool值。如果是false,则显示内容后不能依赖于相同的内容,ture表示显示后内容不变。一般只有在需要内容保存不变的情况下,才建议设置使用,因为会导致性能降低、内存使用量增减。一般设置为flase.
  • kEAGLDrawablePropertyColorFormat: 可绘制表面的内部颜色缓存区格式,这个key对应的值是一个NSString指定特定颜色缓存区对象。默认是kEAGLColorFormatRGBA8
    • kEAGLColorFormatRGBA8:32位RGBA的颜色,4*8=32位
    • kEAGLColorFormatRGB565:16位RGB的颜色,
    • kEAGLColorFormatSRGBA8:sRGB代表了标准的红、绿、蓝,即CRT显示器、LCD显示器、投影机、打印机以及其他设备中色彩再现所使用的三个基本色素。sRGB的色彩空间基于独立的色彩坐标,可以使色彩在不同的设备使用传输中对应于同一个色彩坐标体系,而不受这些设备各自具有的不同色彩坐标的影响。

二、创建上下文

  1. 指定OpenGL ES 渲染API版本,我们使用2.0

    EAGLRenderingAPI api = kEAGLRenderingAPIOpenGLES2;
    
  2. 创建图形上下文

    EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:api];
    
  3. 判断是否创建成功

    if (!context) {
        NSLog(@"Create context failed!");
        return;
    }
    
  4. 设置图形上下文

    if (![EAGLContext setCurrentContext:context]) {
        NSLog(@"setCurrentContext failed!");
        return;
    }
    
  5. 将局部context,变成全局的

    self.myContext = context;
    

三、清空缓存区

  1. 导入框架#import

  2. 创建2个帧缓存区,渲染缓存区,帧缓存区

    @property (nonatomic , assign) GLuint myColorRenderBuffer;
    @property (nonatomic , assign) GLuint myColorFrameBuffer;
    
  3. 清空缓存区

    glDeleteBuffers(1, &_myColorRenderBuffer);
    self.myColorRenderBuffer = 0;
    
    glDeleteBuffers(1, &_myColorFrameBuffer);
    self.myColorFrameBuffer = 0;
    

四、设置RenderBuffer

  1. 定义一个缓存区

    GLuint buffer;
    
  2. 申请一个缓存区标志

    glGenRenderbuffers(1, &buffer);
    //同 glGenRenderbuffers(1, &buffer);
    
    //赋值
    self.myColorRenderBuffer = buffer;
    
  3. 将标识符绑定到GL_RENDERBUFFER

    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
    
  1. myColorRenderBuffer渲染缓存区分配存储空间

    [self.myContext renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:self.myEagLayer];
    
    注意:frame buffer仅仅是管理者,不需要分配空间;
    render buffer的存储空间的分配,对于不同的render buffer,使用不同的API进行分配,
    而只有分配空间的时候,render buffer句柄才确定其类型
    

五、设置FrameBuffer

  1. 定义一个缓存区

    GLuint buffer;
    
  2. 申请一个缓存区标志

    glGenRenderbuffers(1, &buffer);
    
    //赋值
    self.myColorFrameBuffer = buffer;
    
  1. 将标识符绑定到GL_FRAMEBUFFER

    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, self.myColorFrameBuffer);
    
  2. renderbuffer跟framebuffer进行绑定,将_myColorRenderBuffer 通过glFramebufferRenderbuffer函数绑定到GL_COLOR_ATTACHMENT0上。

    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
    

    //接下来,可以调用OpenGL ES进行绘制处理,最后则需要在EGALContext的OC方法进行最终的渲染绘制。这里渲染的color buffer,这个方法会将buffer渲染到CALayer上。- (BOOL)presentRenderbuffer:(NSUInteger)target;

六、开始绘制

  1. 设置颜色、设置视口大小

    //设置清屏颜色
    glClearColor(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
    
    //清除屏幕
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    CGFloat scale = [[UIScreen mainScreen]scale];
    
    //设置视口大小
    glViewport(self.frame.origin.x * scale, self.frame.origin.y * scale, self.frame.size.width * scale, self.frame.size.height * scale);
    
    
  2. 读取顶点着色程序、片元着色程序

    NSString *vertFile = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"shaderv" ofType:@"vsh"];
    NSString *fragFile = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"shaderf" ofType:@"fsh"];
    
  1. 加载shader

    self.myPrograme = [self loadShaders:vertFile Withfrag:fragFile];//见附
    
  1. 链接

    glLinkProgram(self.myPrograme);
    GLint linkStatus;
    //获取链接状态
    glGetProgramiv(self.myPrograme, GL_LINK_STATUS, &linkStatus);
    if (linkStatus == GL_FALSE) {
        GLchar message[512];
        glGetProgramInfoLog(self.myPrograme, sizeof(message), 0, &message[0]);
        NSString *messageString = [NSString stringWithUTF8String:message];
        NSLog(@"Program Link Error:%@",messageString);
        return;
    }
    
    
  2. 使用program

    glUseProgram(self.myPrograme);
    
  3. 设置顶点、纹理坐标

    ...
    
  4. 处理顶点数据

    glVertexAttribPointer(position, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, NULL);
    
  5. 处理纹理数据

    glVertexAttribPointer(textCoor, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, (float *)NULL + 3);
    
  6. 加载纹理

    • 获取图片的CGImageRef

    • 读取图片的大小,宽和高

    • 获取图片字节数 宽4(RGBA)

    • 创建上下文

    • 在CGContextRef上绘图 ,解决图片倒置的方法

    • 画图完毕就释放上下文

* 绑定纹理到默认的纹理ID(这里只有一张图片,故而相当于默认于片元着色器里面的 

* 设置纹理属性
 
* 载入纹理2D数据
    
* 绑定纹理

* 释放spriteData
  1. 获取shader里面的变量, 模型视图变换传值
  1. 绘制并显示缓存数据 presentRenderbuffer

    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
    
    [self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
    

  1. frame buffer 和 render buffer 关系
buffer分为frame buffer 和 render buffer2个大类。其中frame buffer 相当于render buffer的管理者。frame buffer object即称FBO,常用于离屏渲染缓存等。render buffer则又可分为3类。colorBuffer、depthBuffer、stencilBuffer。
  1. 加载shader

    • 定义2个零时着色器对象
    • 创建program
    • 编译顶点着色程序、片元着色器程序
      • 读取文件路径字符串
      • 创建一个shader(根据type类型)
      • 将顶点着色器源码附加到着色器对象上
      • 把着色器源代码编译成目标代码
    • 创建最终的程序
    • 释放不需要的shader
-(GLuint)loadShaders:(NSString *)vert Withfrag:(NSString *)frag {
    //定义2个零时着色器对象
    GLuint verShader, fragShader;
    //创建program
    GLint program = glCreateProgram();
    
    //编译顶点着色程序、片元着色器程序
    //参数1:编译完存储的底层地址
    //参数2:编译的类型,GL_VERTEX_SHADER(顶点)、GL_FRAGMENT_SHADER(片元)
    //参数3:文件路径
    [self compileShader:&verShader type:GL_VERTEX_SHADER file:vert];
    [self compileShader:&fragShader type:GL_FRAGMENT_SHADER file:frag];
    
    //创建最终的程序
    glAttachShader(program, verShader);
    glAttachShader(program, fragShader);
    
    //释放不需要的shader
    glDeleteShader(verShader);
    glDeleteShader(fragShader);
    
    return program;
}
//链接shader
- (void)compileShader:(GLuint *)shader type:(GLenum)type file:(NSString *)file{
    
    //读取文件路径字符串
    NSString* content = [NSString stringWithContentsOfFile:file encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];
    const GLchar* source = (GLchar *)[content UTF8String];
    
    //创建一个shader(根据type类型)
    *shader = glCreateShader(type);
    
    //将顶点着色器源码附加到着色器对象上。
    //参数1:shader,要编译的着色器对象 *shader
    //参数2:numOfStrings,传递的源码字符串数量 1个
    //参数3:strings,着色器程序的源码(真正的着色器程序源码)
    //参数4:lenOfStrings,长度,具有每个字符串长度的数组,或NULL,这意味着字符串是NULL终止的
    glShaderSource(*shader, 1, &source,NULL);
    
    //把着色器源代码编译成目标代码
    glCompileShader(*shader);
    
}
  1. 设置纹理
//设置纹理
- (GLuint)setupTexture:(NSString *)fileName {
    //1、获取图片的CGImageRef
    CGImageRef spriteImage = [UIImage imageNamed:fileName].CGImage;
    
    //判断图片是否获取成功
    if (!spriteImage) {
        NSLog(@"Failed to load image %@", fileName);
        exit(1);
    }
    
    //2、读取图片的大小,宽和高
    size_t width = CGImageGetWidth(spriteImage);
    size_t height = CGImageGetHeight(spriteImage);
    
    //3.获取图片字节数 宽*高*4(RGBA)
    GLubyte * spriteData = (GLubyte *) calloc(width * height * 4, sizeof(GLubyte));
    
    //4.创建上下文
    /*
     参数1:data,指向要渲染的绘制图像的内存地址
     参数2:width,bitmap的宽度,单位为像素
     参数3:height,bitmap的高度,单位为像素
     参数4:bitPerComponent,内存中像素的每个组件的位数,比如32位RGBA,就设置为8
     参数5:bytesPerRow,bitmap的没一行的内存所占的比特数
     参数6:colorSpace,bitmap上使用的颜色空间  kCGImageAlphaPremultipliedLast:RGBA
     */
    CGContextRef spriteContext = CGBitmapContextCreate(spriteData, width, height, 8, width*4,CGImageGetColorSpace(spriteImage), kCGImageAlphaPremultipliedLast);
    
    
    
    //5、在CGContextRef上绘图
    /*
     CGContextDrawImage 使用的是Core Graphics框架,坐标系与UIKit 不一样。UIKit框架的原点在屏幕的左上角,Core Graphics框架的原点在屏幕的左下角。
     CGContextDrawImage 
     参数1:绘图上下文
     参数2:rect坐标
     参数3:绘制的图片
     */
    CGRect rect = CGRectMake(0, 0, width, height);
    //使用默认方式绘制,发现图片是倒的。
    CGContextDrawImage(spriteContext, CGRectMake(0, 0, width, height), spriteImage);
    /*
     解决图片倒置的方法(2):
     CGContextTranslateCTM(spriteContext, rect.origin.x, rect.origin.y);
     CGContextTranslateCTM(spriteContext, 0, rect.size.height);
     CGContextScaleCTM(spriteContext, 1.0, -1.0);
     CGContextTranslateCTM(spriteContext, -rect.origin.x, -rect.origin.y);
     CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);
     */
   
    //6、画图完毕就释放上下文
    CGContextRelease(spriteContext);
    
    //5、绑定纹理到默认的纹理ID(这里只有一张图片,故而相当于默认于片元着色器里面的colorMap,如果有多张图不可以这么做)
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    
    //设置纹理属性
    /*
     参数1:纹理维度
     参数2:线性过滤、为s,t坐标设置模式
     参数3:wrapMode,环绕模式
     */
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    
    float fw = width, fh = height;
    //载入纹理2D数据
    /*
     参数1:纹理模式,GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
     参数2:加载的层次,一般设置为0
     参数3:纹理的颜色值GL_RGBA
     参数4:宽
     参数5:高
     参数6:border,边界宽度
     参数7:format
     参数8:type
     参数9:纹理数据
     */
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, fw, fh, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, spriteData);
    
    //绑定纹理
    /*
     参数1:纹理维度
     参数2:纹理ID,因为只有一个纹理,给0就可以了。
     */
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    
    //释放spriteData
    free(spriteData);
    
    return 0;
}

详细代码:DEMO

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