本案例的主要目的是理解GLSL中如何索引绘图
在介绍本案例之前,首先说说什么是索引绘图
一个图形中,有许多顶点,例如本案例中的金字塔,有5个面,由6个三角形组成,一共有18个顶点,然而实际肉眼可见的只有5个顶点,如下图所示
索引绘图技巧就是指将图形中的肉眼可见的顶点,通过索引的方式表示顶点之间的连接,将重复顶点复用进行图形绘制的一种技巧
案例的整体效果图如下
案例的整体流程如图所示
主要包含三部分
- 准备工作:主要是导入三方数学库以及全局变量的定义
- 自定义着色器:自定义顶点、片元着色器
- layoutSubview函数:绘制图形
- 按钮点击事件:根据点击不同的按钮实现不同方向的旋转
下面主要说说后面三部分
自定义着色器
用GLSL语言自定义顶点、片元着色器,步骤如下
顶点着色器
- 由于在案例中图形会发生旋转,涉及矩阵的变换,所以需要定义uniform修饰的
投影矩阵
和模型视图矩阵
- 在main函数中,需要将顶点数据与矩阵相乘,其相乘也是有顺序的,因为在OpenGL ES中是以
列向量
为主,position
是列向量,即4*1矩阵
,而投影矩阵、模型视图矩阵是4*4矩阵
,矩阵相乘 本质是矩阵叉乘
,需要满足A x B 时, A的列数 = B的行数
,所以需要将position X mvp
相乘的顺序 颠倒为pvm X position
//顶点坐标 attribute vec4 position; //顶点颜色 attribute vec4 positionColor; //投影矩阵 uniform mat4 projectionMatrix; //模型视图矩阵 uniform mat4 modelViewMatrix; //顶点颜色--用于与片元着色器桥接 varying lowp vec4 varyColor; void main(){ //将顶点颜色赋值给桥接的顶点颜色变量 varyColor = positionColor; vec4 vPos; //顶点坐标变换: 4*4 x 4*4 x 4*1 vPos = projectionMatrix * modelViewMatrix * position; //将变换后的顶点坐标赋值给内建变量 gl_Position = vPos; }
片元着色器
- 片元着色器中比较简单,只需要将顶点着色器中传过来的顶点颜色赋值给内建变量
gl_FragColor
- 如果顶点颜色少于顶点个数,例如只有【红色,蓝色】,其他部分会进行颜色插值,类似于渐变色,如上面的效果图中所示
- 如果不想进行插值,就需要指定面颜色,不指定顶点颜色
//桥接的顶点颜色 varying lowp vec4 varyColor; void main(){ //顶点颜色赋值给内建变量 gl_FragColor = varyColor; }
layoutSubviews
这部分主要是绘制前的准备工作和图形的绘制
- 初始化:绘制前的准备工作
- 绘制:使用索引绘图技巧绘制图形
初始化
这部分内容与OpenGL ES 案例04:GLSL加载图片中并没有什么区别
如图所示,共有5个步骤,这里简要说明下
- 绘制图层:用于创建挥之内容显示的载体
- 绘制上下文:用于记录状态
- 清除缓存区:避免之前的缓存,对本次绘制造成影响
- 设置renderBuffer:用于实际存储颜色、顶点等的缓存区
- 设置FrameBuffer:用于管理renderBuffer
绘制**
绘制的流程图如图所示,主要分为5部分
- 初始化
- GLSL自定义着色器加载
- 设置顶点数据
- 构建矩阵 & 传递到顶点着色器
- 索引绘图
其中初始化、自定义着色器两部分的代码可参考OpenGL ES 案例04:GLSL加载图片,也可直接在文末的github上查看源代码,在下面的说明中只简述下大致步骤
初始化
这部分主要有以下几步:
- 设置清屏颜色
- 清理缓存区
- 设置视口
GLSL自定义着色器加载
着色器的加载的流程如图所示
- 获取自定义着色器文件地址
- 判断program是否已经存在,如果存在则删除
- 加载着色器
加载着色器中主要分为4步
- 编译着色器
- 创建最终的程序:shader附着在program上
- 链接program & 判断是否链接成功
- 使用program
到此,GLSL编写的自定义着色器就加载完成了。
设置顶点数据
由于图形的绘制是使用的索引绘制,所以除了创建顶点数组外,还需要创建索引数组,大致流程如下
设置顶点数组 & 索引数组
- 顶点数组中包含一个顶点包含6个数据,前3位表示顶点值(x,y,z),后3位表示颜色值(RGB)
- 索引数组中每3个数表示一个三角形,其中的数据为顶点的标识符,表示三角形由这三个顶点构成
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 }; //(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, };
后面3步的代码在之前的案例OpenGL ES 案例04:GLSL加载图片中也有涉及,就不再过多说明
- 开辟缓存区,将顶点数据从CPU拷贝至GPU
- 处理顶点坐标数据:打开attribute通道,将顶点坐标传入顶点着色器
- 处理顶点颜色数据:打开attribute通道,将顶点颜色传入顶点着色器
构建矩阵
这部分主要是构建mvp矩阵,由于案例图形有旋转操作,还需要构建旋转矩阵
主要有以下4步
- 获取顶点着色器中uniform修饰的投影矩阵、模型视图矩阵的入口,方便后续将对应矩阵传入顶点着色器中,入口的获取与attribute入口获取类似,其中的name都需要与着色器中一模一样
GLuint projectionMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myPrograme, "projectionMatrix"); GLuint modelViewMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myPrograme, "modelViewMatrix");
- 获取屏幕的纵横比,用于设置透视投影
float width = self.frame.size.width; float height = self.frame.size.height; //获取纵横比 float aspect = width / height;
- 创建投影矩阵
- 定义一个4*4的投影矩阵
- 通过
ksMatrixLoadIdentity
将投影矩阵初始化为单元矩阵 - 通过
ksPerspective
方法,设置透视投影 - 通过
glUniformMatrix4fv
方法,将投影矩阵传递到vertex shader
矩阵涉及的方法均为数学三方库中的封装好的
KSMatrix4 _projectionMatrix; //(1)获取单元矩阵 ksMatrixLoadIdentity(&_projectionMatrix); //(3)获取透视矩阵 /* 参数1:矩阵 参数2:视角,度数为单位 参数3:纵横比 参数4:近平面距离 参数5:远平面距离 */ ksPerspective(&_projectionMatrix, 30.0, aspect, 5.0f, 20.0f); //(4)将投影矩阵传递到顶点着色器 /* 参数1-location:指要更改的uniform变量的位置 参数2-count:更改矩阵的个数 参数3-transpose:是否要转置矩阵,并将它作为uniform变量的值。必须为GL_FALSE 参数4-value:执行count个元素的指针,用来更新指定uniform变量 */ glUniformMatrix4fv(projectionMatrixSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat*)&_projectionMatrix.m[0][0]);
- 创建模型试图矩阵
- 定义一个4*4的模型视图矩阵
- 模型视图通过
ksMatrixLoadIdentity
载入一个单元矩阵 - 将图形往屏幕里平移,即z轴平移-10,为了方便观察图形
- 定义一个4*4的旋转矩阵
- 旋转矩阵通过
ksMatrixLoadIdentity
载入一个单元矩阵 - 通过
ksRotate
分别设置x、y、z相对应的旋转 - 将旋转矩阵与模型视图矩阵相乘,将结果存储到模型视图矩阵
- 将mv矩阵传递到vertex shader
//创建4*4的模型视图矩阵 KSMatrix4 _modelViewMatrix; //初始化 //(1)获取单元矩阵 ksMatrixLoadIdentity(&_modelViewMatrix); //为了方便观察,围绕z轴往屏幕里平移10个像素点 //(2)平移,z轴平移-10 ksTranslate(&_modelViewMatrix, 0.0, 0.0, -10.0); //创建旋转 //(3)创建一个4 * 4 矩阵,旋转矩阵 KSMatrix4 _rotationMatrix; //初始化 //(4)初始化为单元矩阵 ksMatrixLoadIdentity(&_rotationMatrix); //有可能围绕 x / y / z任一轴旋转(为什么不写一行?不确定围绕哪个轴旋转) //(5)旋转 ksRotate(&_rotationMatrix, xDegree, 1, 0, 0); ksRotate(&_rotationMatrix, yDegree, 0, 1, 0); ksRotate(&_rotationMatrix, zDegree, 0, 0, 1); //(6)把变换矩阵相乘.将_modelViewMatrix矩阵与_rotationMatrix矩阵相乘,结合到模型视图 //矩阵相乘 modelview = rotation x modelview ksMatrixMultiply(&_modelViewMatrix, &_rotationMatrix, &_modelViewMatrix); //将mv矩阵传递到顶点着色器 //(7)将模型视图矩阵传递到顶点着色器 /* void glUniformMatrix4fv(GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, const GLfloat *value); 参数列表: location:指要更改的uniform变量的位置 count:更改矩阵的个数 transpose:是否要转置矩阵,并将它作为uniform变量的值。必须为GL_FALSE value:执行count个元素的指针,用来更新指定uniform变量 */ glUniformMatrix4fv(modelViewMatrixSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat*)&_modelViewMatrix.m[0][0]);
索引绘图
- 开启正背面剔除
glEnable(GL_CULL_FACE);
- 通过
glDrawElements
函数,使用索引绘图,方法中3个参数
- mode:要呈现的画图的模式
- count:绘图个数,这里不是指顶点的个数,是索引的个数
- type:类型
- indices:索引数组
glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices) / sizeof(indices[0]), GL_UNSIGNED_INT, indices);
- 要求本地窗口显示渲染的目标
[self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
按钮点击事件
主要是3个按钮的点击事件,点击事件实现分为以下两步
- 开启定时器
- 判断是否旋转
- 执行定时器方法
- 更新角度
- 重新渲染