利用GLSL自定义的着色去加载一张图片,效果图如下:
因为OpenGL 纹理坐标与我们日常开发中的坐标点不同(0,0)iOS中表示左上角 ,而openGL 表示左下角,所以会导致我们加载的图片发生倒置,之后我们会采用一些方式进行处理
GLSL 加载流程
- 创建顶点着色器、片元着色器文件、自定义视图、属性等
- 自定义着色器:利用GLSL编写自定义的顶点、片元着色器
- 初始化:创建layer、context,清空缓存区,以及设置Render和Frame缓存区
- 绘制:主要是GLSL加载、顶点数据处理以及加载纹理,最后绘制到屏幕上
流程图如下:
创建顶点着色器、片元着色器文件
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在Xcode中 command + N,开始新建文件 选择 ios --> Other --> Empty,点击next 输入文件名,例如shaderv.vsh 点击create ,即可创建顶点着色器文件 重复操作创建片元着色器shaderf.fsh 文件
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值得注意的是,这里的.vsh 、.fsh 文件后缀并没有实际要求也可以用.glsl 都是可以的,实际上只是2个文本编辑文件中存储了一些字符串
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通常我们在.vsh 中进行 顶点绑定 ,在.fsh 中进行着色器的数据处理
代码如下
//顶点坐标
attribute vec4 position;
纹理坐标
attribute vec2 textCoordinate;
//纹理坐标
varying lowp vec2 varyTextCoord;
void main(){
//通过varying 修饰的varyTextCoord,将纹理坐标传递到片元着色器
varyTextCoord = textCoordinate;
//给内江变量gl_Position赋值
gl_Position = position;
}
片元着色器 必须指定 float 的默认精度,在实际开发中 .vsh 与.fsh 文件中要去掉中文注释避免发生未知错误
//指定float的默认精度
precision highp float;
//纹理坐标
varying lowp vec2 varyTextCoord;
//纹理采样器(获取对应的纹理ID)
uniform sampler2D colorMap;
void main(){
//texture2D(纹理采样器,纹理坐标),获取对应坐标纹素
//纹理坐标添加到对应像素点上,即将读取的纹素赋值给内建变量 gl_FragColor
gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}
初始化
- setupLayer:创建图层
- setupContext:创建上下文
- deleteRenderAndFrameBuffer:清理缓存区
- setupRenderBuffer、setupFrameBuffer:设置RenderBuffer & FrameBuffer
setupLayer函数:创建图层
导入头文件 #import <OpenGLES/ES2/gl.h>
我们知道在iOS中UIView中负责显示绘制内容的是layer,layer也是OpenGL ES绘制内容的载体,自定义的UIView 中添加一个 CAEAGLLayer 的layer 用于openGL 的绘制 @property(nonatomic,strong)CAEAGLLayer *myEagLayer;
- 创建特殊图层,有两种方式
- 直接使用view自带的layer 由于UIView中自带的layer是继承自CALayer的,而需要创建的layer是继承自CAEAGLLayer的,所以需要重写类方法layerClass,返回[CAEAGLLayer class]
- 使用init创建图层 可以直接使用[[CAEAGLLayer alloc] init]创建一个新的layer,将其add到layer上 此处我们使用的是view自带的layer
- 设置scale,将layer的大小设置为跟屏幕大小一致
- drawableProperties 设置描述属性
- kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking 只有true 或者 false两种
- kEAGLDrawablePropertyColorFormat有以下三种值
kEAGLDrawablePropertyColorFormat枚举值 | 描述 |
---|---|
kEAGLColorFormatRGBA8 | 32位的RGBA颜色值(每个表示8位,所以4*8=32位) |
kEAGLColorFormatRGB565 | 16位的RGB颜色值 |
kEAGLColorFormatSRGBA8 | 表示标准的红、绿、蓝,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。 |
属性 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|
kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking | 表示绘图表面显示后,是否保留其内容 | false |
kEAGLDrawablePropertyColorFormat | 可绘制表面的内部颜色缓存区格式 | kEAGLColorFormatRGBA8 |
-(void)setupLayer
{
self.myEagLayer = (CAEAGLLayer *)self.layer;
[self setContentScaleFactor:[[UIScreen mainScreen]scale]];
self.myEagLayer.drawableProperties = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@false,kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking, kEAGLColorFormatRGBA8,kEAGLDrawablePropertyColorFormat,nil];
}
+(Class)layerClass
{
return [CAEAGLLayer class];
}
setupContext函数:创建上下文
自定义的UIView 中添加一个 EAGLContext 的context,用于接收当前绘制的上下文 @property(nonatomic,strong)EAGLContext *myContext;
//2、创建上下文
- (void)setupContext{
// 1、指定OpenGL ES 渲染API版本 kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 为2D kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 为3D
// 2、创建图形上下文
EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
// 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、将局部变量赋值给全局变量
self.myContext = context;
}
deleteRenderAndFrameBuffer函数:清理缓存区
//3、清空缓存区
- (void)deleteRenderAndFrameBuffer{
// 清空渲染缓存区
glDeleteBuffers(1, &_myColorRenderBuffer);
self.myColorRenderBuffer = 0;
// 清空帧缓存区
glDeleteBuffers(1, &_myColorFrameBuffer);
self.myColorFrameBuffer = 0;
}
设置RenderBUffe & FrameBuffer
FrameBuffer:是一个收集颜色、深度和模板缓存区的附着点,简称FBO,即是一个管理者,用来管理RenderBuffer,且FrameBuffer没有实际的存储功能,真正实现存储的是RenderBuffer, RenderBuffer:是一个通过应用分配的2D图像缓冲区,需要附着在FrameBuffer上 下面这张图很形象的表示了两者间的关系
FrameBuffer有3个附着点
- 颜色附着点(Color Attachment):管理纹理、颜色缓冲区
- 深度附着点(depth Attachment):会影响颜色缓冲区,管理深度缓冲区(Depth Buffer)
- 模板附着点(Stencil Attachment):管理模板缓冲区(Stencil Buffer)
RenderBuffer有3种缓存区
- 深度缓存区(Depth Buffer):存储深度值等
- 纹理缓存区:存储纹理坐标中对应的纹素、颜色值等
- 模板缓存区(Stencil Buffer):存储模板
setupRenderBuffer函数
主要是创建RenderBufferID并申请标识符,将标识符绑定至GL_RENDERBUFFER,并且将layer的相关存储绑定到RenderBuffer对象
//4、设置RenderBuffer
- (void)setupRenderBuffer{
// 1、定义一个缓存区ID
GLuint buffer;
// 2、申请一个缓存区标识符
glGenRenderbuffers(1, &buffer);
// 3、赋值给全局变量
self.myColorRenderBuffer = buffer;
// 4、将标识符绑定到GL_RENDERBUFFER
glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
// 5、将可绘制对象drawable object的CAEAGLLayer的存储绑定到OpenGL ES renderBuffer对象
[self.myContext renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:self.myEagLayer];
}
setupFrameBuffer函数
主要是创建FrameBuffer的ID并申请标识符,将标识符绑定至GL_FRAMEBUFFER,然后将RenderBuffer通过glFramebufferRenderbuffer函数绑定到FrameBuffer中的GL_COLOR_ATTACHMENT0附着点上,通过FrameBuffer来管理RenderBuffer,RenderBuffer存储相关数据到相应缓存区
注意:绑定renderBuffer和FrameBuffer是有顺序的,先有RenderBuffer,才有FrameBuffer
//5、设置FrameBuffer
- (void)setupFrameBuffer{
// 1、定义一个ID
GLuint buffer;
// 2、申请一个缓存区标识符
glGenBuffers(1, &buffer);
// 3、赋值给全局变量
self.myColorFrameBuffer = buffer;
// 4、将标识符绑定到GL_FRAMEBUFFER
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, self.myColorFrameBuffer);
// 5、将渲染缓存区的myColorRenderBuffer 通过 glFramebufferRenderbuffer函数绑定到GL_COLOR_ATTACHMENT0上
/*
glFramebufferRenderbuffer (GLenum target, GLenum attachment, GLenum renderbuffertarget, GLuint renderbuffer)
参数1:绑定到的目标
参数2:FrameBuffer的附着点
参数3:需要绑定的渲染缓冲区目标
参数4:渲染缓冲区
*/
glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_RENDERBUFFER, self.myColorRenderBuffer);
}
绘制工作 renderLayer函数
//6.开始绘制
-(void)renderLayer{
//设置清屏颜色
glClearColor(0.3f, 0.45f, 0.5f, 1.0f);
//清除屏幕
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//1.设置视口大小
CGFloat 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);
//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"];
NSLog(@"vertFile:%@",vertFile);
NSLog(@"fragFile:%@",fragFile);
//3.加载shader
self.myPrograme = [self loadShaders:vertFile Withfrag:fragFile];
//4.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;
}
NSLog(@"Program Link Success!");
//5.使用program
glUseProgram(self.myPrograme);
//6.设置顶点、纹理坐标
//前3个是顶点坐标,后2个是纹理坐标
GLfloat attrArr[] =
{
0.5f, -0.5f, -1.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -1.0f, 1.0f, 0.0f,
};
//7.-----处理顶点数据--------
//(1)顶点缓存区
GLuint attrBuffer;
//(2)申请一个缓存区标识符
glGenBuffers(1, &attrBuffer);
//(3)将attrBuffer绑定到GL_ARRAY_BUFFER标识符上
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, attrBuffer);
//(4)把顶点数据从CPU内存复制到GPU上
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(attrArr), attrArr, GL_DYNAMIC_DRAW);
//8.将顶点数据通过myPrograme中的传递到顶点着色程序的position
//1.glGetAttribLocation,用来获取vertex attribute的入口的.
//2.告诉OpenGL ES,通过glEnableVertexAttribArray,
//3.最后数据是通过glVertexAttribPointer传递过去的。
//(1)注意:第二参数字符串必须和shaderv.vsh中的输入变量:position保持一致
GLuint position = glGetAttribLocation(self.myPrograme, "position");
//(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
glEnableVertexAttribArray(position);
//(3).设置读取方式
//参数1:index,顶点数据的索引
//参数2:size,每个顶点属性的组件数量,1,2,3,或者4.默认初始值是4.
//参数3:type,数据中的每个组件的类型,常用的有GL_FLOAT,GL_BYTE,GL_SHORT。默认初始值为GL_FLOAT
//参数4:normalized,固定点数据值是否应该归一化,或者直接转换为固定值。(GL_FALSE)
//参数5:stride,连续顶点属性之间的偏移量,默认为0;
//参数6:指定一个指针,指向数组中的第一个顶点属性的第一个组件。默认为0
glVertexAttribPointer(position, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, NULL);
//9.----处理纹理数据-------
//(1).glGetAttribLocation,用来获取vertex attribute的入口的.
//注意:第二参数字符串必须和shaderv.vsh中的输入变量:textCoordinate保持一致
GLuint textCoor = glGetAttribLocation(self.myPrograme, "textCoordinate");
//(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
glEnableVertexAttribArray(textCoor);
//(3).设置读取方式
//参数1:index,顶点数据的索引
//参数2:size,每个顶点属性的组件数量,1,2,3,或者4.默认初始值是4.
//参数3:type,数据中的每个组件的类型,常用的有GL_FLOAT,GL_BYTE,GL_SHORT。默认初始值为GL_FLOAT
//参数4:normalized,固定点数据值是否应该归一化,或者直接转换为固定值。(GL_FALSE)
//参数5:stride,连续顶点属性之间的偏移量,默认为0;
//参数6:指定一个指针,指向数组中的第一个顶点属性的第一个组件。默认为0
glVertexAttribPointer(textCoor, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, (float *)NULL + 3);
//10.加载纹理
[self setupTexture:@"dean"];
//11. 设置纹理采样器 sampler2D
glUniform1i(glGetUniformLocation(self.myPrograme, "colorMap"), 0);
//12.绘图
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
//13.从渲染缓存区显示到屏幕上
[self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}
绘制的整体流程图图所示
loadShaders:Withfrag: 函数
//加载shader
-(GLuint)loadShaders:(NSString *)vert Withfrag:(NSString *)frag
{
//1.定义2个零时着色器对象
GLuint verShader, fragShader;
//创建program
GLint program = glCreateProgram();
//2.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];
//3.创建最终的程序
glAttachShader(program, verShader);
glAttachShader(program, fragShader);
//4.释放不需要的shader
glDeleteShader(verShader);
glDeleteShader(fragShader);
return program;
}
编译shader compileShader:type 函数
//编译shader
- (void)compileShader:(GLuint *)shader type:(GLenum)type file:(NSString *)file{
//1.读取文件路径字符串
NSString* content = [NSString stringWithContentsOfFile:file encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];
const GLchar* source = (GLchar *)[content UTF8String];
//2.创建一个shader(根据type类型)
*shader = glCreateShader(type);
//3.将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);
//4.把着色器源代码编译成目标代码
glCompileShader(*shader);
}
从图片中加载纹理 setupTexture: 函数
//从图片中加载纹理
- (GLuint)setupTexture:(NSString *)fileName {
//1、将 UIImage 转换为 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--> 将图片绘制出来
/*
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);
//6.使用默认方式绘制
CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);
//7、画图完毕就释放上下文
CGContextRelease(spriteContext);
//8、绑定纹理到默认的纹理ID(
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
//9.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;
//10.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);
//11.释放spriteData
free(spriteData);
return 0;
}
layoutSubviews 函数
-(void)layoutSubviews
{
//1.设置图层
[self setupLayer];
//2.设置图形上下文
[self setupContext];
//3.清空缓存区
[self deleteRenderAndFrameBuffer];
//4.设置RenderBuffer
[self setupRenderBuffer];
//5.设置FrameBuffer
[self setupFrameBuffer];
//6.开始绘制
[self renderLayer];
}