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OpenGL-ES-案例05:GLSL使用索引绘图

本案例的主要目的是理解GLSL中如何索引绘图

本文案例代码有OC及Swift版本,详情见文末链接,讲解以OC版本为主

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

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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

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案例的整体流程如图所示

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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

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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;
}

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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;
}

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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

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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

    image

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

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  • 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

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  • 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,
    };

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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

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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");

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  • 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;

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  • 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]);

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  • 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]);

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索引绘图

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  • 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
mode模式type 类型
GL_POINTSGL_BYTE
GL_LINESGL_UNSIGNED_BYTE
GL_LINE_LOOPGL_SHORT
GL_LINE_STRIPGL_UNSIGNED_SHORT
GL_TRIANGLESGL_INT
GL_TRIANGLE_STRIPGL_UNSIGNED_INT
GL_TRIANGLE_FAN----
glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices) / sizeof(indices[0]), GL_UNSIGNED_INT, indices);

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  • 要求本地窗口显示渲染的目标
[self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
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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

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完整的代码见github - 11_01_GLSL三角形变换_OC、11_01_GLSL三角形变换_Swift

作者:Style_月月 链接:www.jianshu.com/p/fd2f3b815… 来源:简书 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

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iOS
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