OpenGL/OpenGL ES入门： GLKit使用以及案例

GLKit 框架的设计目标是为了简化基于 OpenGL/OpenGL ES 的应用开发。它的出现加快 OpenGL 或 OpenGL ES 应用程序开发。 使用数学库，背景纹理加载，预先创建的着色器效果，以及标准视图和视图控制器来实现渲染循环。

GLKit 框架提供了功能和类，可以减少创建新的基于着色器的应用程序所需的工作量，或支持依赖早期版本的 OpenGL 或 OpenGL ES 提供的固定函数顶点或片段处理的现有应用程序。

GLKView 提供绘制场所（ view ）

GLKViewController 扩展于标准的 UIKit 设计模式，用于绘制视图内容的管理与呈现

苹果弃用 OpenGL ES ，但iOS开发者可以继续使用。

案例一： 图片渲染

第一个案例，我们创建一个继承 GLKViewController 的类，并导入 #import <GLKit/GLKit.h> 头文件， .h 文件如下

#import <UIKit/UIKit.h>
#import <GLKit/GLKit.h>

@interface ViewController : GLKViewController

@end
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.m 文件导入下面两个文件 #import <OpenGLES/ES3/gl.h> 、 #import <OpenGLES/ES3/glext.h>

下面看具体步骤：

初始化上下文&设置当前上下文

// 1.初始化上下文&设置当前上下文
    _context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    if (!_context) {
        NSLog(@"Create ES context Failed");
    }
    
    // 设置当前上下文
    [EAGLContext setCurrentContext:_context];
    // 2.获取GLKView & 设置context
    GLKView *view = [[GLKView alloc]initWithFrame:self.view.bounds context:_context];
    view.backgroundColor = [UIColor clearColor];
    view.delegate = self;
    [self.view addSubview:view];
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在初始化 context 时，我们需要选择我们使用的 OpenGL ES 的版本，分别有如下几种：

kEAGLRenderingAPIOpenGLES1 = 1, 固定管线
     kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 = 2,
     kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 = 3,
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EAGLContext 是苹果iOS平台下实现 OpenGL ES 渲染层。其中 kEAGLRenderingAPIOpenGLES1 类似前几篇文章说的固定管线。而 kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 和 kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 ，在这里使用哪个，区别不大，只是版本不同而已。

下面需要配置视图创建的渲染缓冲区，以及设置背景颜色

view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;
    glClearColor(1, 1, 1, 1);
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加载纹理数据(使用 GLBaseEffect )

使用本地图片作为纹理，代码如下：

//1.获取纹理图片路径
    NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"kunkun" ofType:@"jpg"];
    
    //2.设置纹理参数
    NSDictionary *options = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@(1),GLKTextureLoaderOriginBottomLeft, nil];    
    GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithContentsOfFile:filePath options:options error:nil];
    
    //3.使用苹果GLKit 提供GLKBaseEffect 完成着色器工作(顶点/片元)
    cEffect = [[GLKBaseEffect alloc]init];
    cEffect.texture2d0.enabled = GL_TRUE;
    cEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;
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在设置纹理参数的时，需要注意一点，纹理坐标默认左下角为原点(0,0)，而iOS坐标系中，默认手机屏幕的左上角为原点(0,0)，所以需要特别注意这一点，需要设置 GLKTextureLoaderOriginBottomLeft ，不然图片显示的时候，会发生翻转。

加载顶点&纹理数据

先看代码

// 设置顶点数组
    GLfloat vertexData[] = {
        1, -0.5, 0.0f,    1.0f, 0.0f, //右下
        1, 0.5, -0.0f,    1.0f, 1.0f, //右上
        -1, 0.5, 0.0f,    0.0f, 1.0f, //左上
        
        1, -0.5, 0.0f,    1.0f, 0.0f, //右下
        -1, 0.5, 0.0f,    0.0f, 1.0f, //左上
        -1, -0.5, 0.0f,   0.0f, 0.0f, //左下
    };
    
    // 开辟顶点缓存区
    // 1.创建顶点缓存区标识符ID
    GLuint bufferID;
    glGenBuffers(1, &bufferID);
    // 2.绑定顶点缓存区.(明确作用)
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);
    // 3.将顶点数组的数据copy到顶点缓存区中(GPU显存中)
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertexData), vertexData, GL_STATIC_DRAW);
    
    // 顶点坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 0);
    
    // 纹理坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 3);
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这个案例中，我们把顶点坐标、纹理坐标放在数组中，后面说的案例则使用了联合体的方式存放，主要是为了让大家认识不同方式而已。 也可以把顶点坐标和纹理坐标分开写到不同的数组中，但是为了简化代码量，所以选择放在一起写。

顶点数组，开发者可以选择设定函数指针，在调用绘制方法的时候，直接由内存传入顶点数据，也就是说这部分数据之前是存储在内存中的。而后面要做的是开辟顶点缓冲区，主要目的是为了追求性能更高，提前分配一块显存，将顶点数据预先传入到显存中，而关于顶点相关的计算都是在GPU中进行的，所以这样性能有了很大的提高。

注意点：

在iOS中，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，顶点数据在着色器（服务端）是不可用的。即使你已经使用 glBufferData 方法，将顶点数据从内存拷贝到顶点缓冲区中(GPU显存中); 所以，必须由 glEnableVertexAttribArray 方法打开通道，指定访问属性，才能让顶点着色器能够访问到从CPU复制到GPU的数据。

注意：

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（服务端）数据。

GLKVertexAttribPosition, // 顶点

GLKVertexAttribNormal, // 法线

GLKVertexAttribColor, // 颜色

GLKVertexAttribTexCoord0, // 纹理

GLKVertexAttribTexCoord1

方法 glVertexAttribPointer 表示上传顶点数据到显存的方法，即设置合适的方式从 buffer 里读取数据。

参数1: 指定要修改的属性的索引值

参数2: 每次读取数量(如 position 是由3个（x,y,z）组成，而颜色是4个（r,g,b,a）,纹理则是2个.)

参数3: 指定数组中每个组件的数据类型。可用的符号常量有 GL_BYTE , GL_UNSIGNED_BYTE , GL_SHORT , GL_UNSIGNED_SHORT , GL_FIXED , 和 GL_FLOAT ，初始值为 GL_FLOAT 。

参数4: 指定当被访问时，固定点数据值是否应该被归一化（ GL_TRUE ）或者直接转换为固定点值（ GL_FALSE ）

参数5: 指定连续顶点属性之间的偏移量。如果为0，那么顶点属性会被理解为：它们是紧密排列在一起的。初始值为0

参数6: 指定一个指针，指向数组中第一个顶点属性的第一个组件。初始值为0

上述代码中，对于顶点来说，每次读取3个，数据类型为浮点型，偏移量即读取下一组顶点数据，需要移动5个位置，顶点读取位置对应从数组的一开始读取，所以最后一个参数写成 (GLfloat *)NULL + 0 ，这里这样的写法是为了方便读者理解，也可以直接写成 NULL 。所以对于纹理的最后一个参数写成 (GLfloat *)NULL + 3 也不难理解。

绘制视图的内容

GLKView 对象使 OpenGL ES 上下文成为当前上下文，并将其 framebuffer 绑定为 OpenGL ES 呈现命令的目标。然后，委托方法应该绘制视图的内容。看下面代码

- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect {
    //1.清除颜色缓存区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    //2.准备绘制
    [cEffect prepareToDraw];
    
    //3.开始绘制
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
    
}
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OK，案例一就这么多内容，下面看实现效果（其实就是我们平时用 UIImageView 加载一张图片而已）

案例二 绘制立方体

案例二中，我们不再创建继承 GLKViewController 的类，而是直接在 ViewController 中写代码，直接在 .m 文件中导入 #import <GLKit/GLKit.h> 头文件。

然后声明一些需要的属性：

typedef struct {
    GLKVector3 positionCoord;       // 顶点坐标
    GLKVector2 textureCoord;        // 纹理坐标
    GLKVector3 normal;              // 法线坐标
} ZBVertex;
// 顶点个数
static NSInteger const KCoordCount = 36;

@interface ViewController () <GLKViewDelegate>

@property (nonatomic, strong) GLKView *glkView;
@property (nonatomic, strong) GLKBaseEffect *baseEffect;
@property (nonatomic, assign) ZBVertex *vertices;

// 计时器
@property (nonatomic, strong) CADisplayLink *displayLink;
// 弧度
@property (nonatomic, assign) NSInteger angle;
// 顶点缓存区标识符ID
@property (nonatomic, assign) GLuint vertexBuffer;

@end
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初始化上下文&设置当前上下文

// 1.创建context
    EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    [EAGLContext setCurrentContext:context];
    
    // 2.创建GLKView并设置代理
    CGRect frame = CGRectMake(0, 100, self.view.frame.size.width, self.view.frame.size.width);
    self.glkView = [[GLKView alloc]initWithFrame:frame context:context];
    self.glkView.backgroundColor = [UIColor redColor];
    self.glkView.delegate = self;
    
    // 3. 使用深度缓冲区
    self.glkView.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;
    self.glkView.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    
    // 默认为（0，1），这里用于翻转z轴，是正方形朝屏幕外
//    glDepthRangef(1, 0);
    
    [self.view addSubview:self.glkView];
    
    NSString *imagePath = [[[NSBundle mainBundle] resourcePath] stringByAppendingPathComponent:@"timg.jpeg"];
    UIImage *image = [UIImage imageWithContentsOfFile:imagePath];
    NSDictionary *options = @{GLKTextureLoaderOriginBottomLeft : @(YES)};
    GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithCGImage:[image CGImage] options:options error:nil];
    
    // 使用苹果GLKit提供GLKBaseEffect完成着色器工作（顶点/片元）
    self.baseEffect = [[GLKBaseEffect alloc]init];
    self.baseEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;
    self.baseEffect.texture2d0.target = textureInfo.target;
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上面初始化代码和案例一中的几乎是一样的，同时把加载纹理数据的代码也放在了这里，所以这里不再多说。

加载顶点&纹理数据

// 开辟顶点数据空间（数据结构SenceVertex 大小 * 顶点个数kCoordCount）
    self.vertices = malloc(sizeof(ZBVertex) * KCoordCount);
    
    // 前面
    self.vertices[0] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},  {0, 1}};
    self.vertices[1] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, 0.5}, {0, 0}};
    self.vertices[2] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, 0.5},   {1, 1}};
    
    self.vertices[3] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, 0.5}, {0, 0}};
    self.vertices[4] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, 0.5},   {1, 1}};
    self.vertices[5] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, 0.5},  {1, 0}};
    
    // 上面
    self.vertices[6] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[7] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[8] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[9] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[10] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, -0.5},  {1, 0}};
    self.vertices[11] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, -0.5}, {0, 0}};
    
    // 下面
    self.vertices[12] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[13] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[14] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[15] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[16] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[17] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    
    // 左面
    self.vertices[18] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[19] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[20] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[21] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[22] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[23] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    
    // 右面
    self.vertices[24] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, 0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[25] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[26] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[27] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, 0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[28] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, -0.5},   {1, 0}};
    self.vertices[29] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    
    // 后面
    self.vertices[30] = (ZBVertex){{-0.5, 0.5, -0.5},   {0, 1}};
    self.vertices[31] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    self.vertices[32] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, -0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[33] = (ZBVertex){{-0.5, -0.5, -0.5},  {0, 0}};
    self.vertices[34] = (ZBVertex){{0.5, 0.5, -0.5},    {1, 1}};
    self.vertices[35] = (ZBVertex){{0.5, -0.5, -0.5},   {1, 0}};
    
    // 开辟顶点缓存区
    glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(ZBVertex) * KCoordCount, self.vertices, GL_STATIC_DRAW);
    
    // 顶点数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(ZBVertex), NULL + offsetof(ZBVertex, positionCoord));
    
    // 纹理数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(ZBVertex), NULL + offsetof(ZBVertex, textureCoord));
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咔咔咔，这么一大串，基本上都是在设置顶点坐标和纹理坐标，这里使用了联合体存放数据，一开始就开辟了相应的空间 self.vertices = malloc(sizeof(ZBVertex) * KCoordCount); ，后面代码也和案例一一样。

创建一个循环

self.angle = 0;
    self.displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(reDisplay)];
    [self.displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
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上面代码创建了一个循环，来执行方法 reDisplay 。 CADisplayLink 类似定时器，提供一个周期性调用，属于 QuartzCore.framework 中。

具体可以参考该博客 www.cnblogs.com/panyangjun/…

- (void)reDisplay {
    // 计算旋转度数
    self.angle = (self.angle + 1) % 360;
    // 修改baseEffect.transform.modelviewMatrix
    self.baseEffect.transform.modelviewMatrix = GLKMatrix4MakeRotation(GLKMathDegreesToRadians(self.angle), 0.3, 1, -0.7);
    // 重新渲染
    [self.glkView display];
}
复制代码

dealloc

- (void)dealloc {
    if ([EAGLContext currentContext] == self.glkView.context) {
        [EAGLContext setCurrentContext:nil];
    }
    if (_vertices) {
        free(_vertices);
        _vertexBuffer = 0;
    }
    //displayLink 失效
    [self.displayLink invalidate];
}
复制代码

最终效果：