内容简介:OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是以⼿手持和嵌入式为⽬标的⾼级3D图形应用程序编程接⼝(API). OpenGL ES 是目前智能手机中占据统治地位的图形API.⽀持的平台: iOS, Andriod , BlackBerry ,bada ,Linux ,Windows.OpenGL ES 开放式图形库(OpenGL的)用于可视化的⼆维和三维数据。它是一个多功能开放标准图形库,⽀持2D和3D数字内容创建,机械和建筑设计,虚拟原型设计,飞⾏模拟,视频游戏等应用程
OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是以⼿手持和嵌入式为⽬标的⾼级3D图形应用程序编程接⼝(API). OpenGL ES 是目前智能手机中占据统治地位的图形API.⽀持的平台: iOS, Andriod , BlackBerry ,bada ,Linux ,Windows.
OpenGL ES 开放式图形库(OpenGL的)用于可视化的⼆维和三维数据。它是一个多功能开放标准图形库,⽀持2D和3D数字内容创建,机械和建筑设计,虚拟原型设计,飞⾏模拟,视频游戏等应用程序。您可以使⽤OpenGL配置3D图形管道并向其提交数据。顶点被变换和点亮,组合成图元,并光栅化以创建2D图像。OpenGL旨在将函数调用转换为可以发送到底层图形硬件的图形命令。由于此底层硬件专用于处理图形命令,因此OpenGL绘图通常⾮常快。 OpenGL for Embedded Systems(OpenGL ES)是OpenGL的简化版本,它消除了了冗余功能,提供了一个既易于学习又更易于在移动图形硬件中实现的库。
OpenGL ES允许应用程序利用底层图形处理器的强大功能。iOS设备上的GPU可以执行复杂的2D和3D绘图,以及最终图像中每个像素的复杂着⾊计算。
GLKit简介
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 ES或OpenGL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,或者支持依赖早期版本的OpenGL ES或OpenGL提供的固定函数顶点或⽚段处理的现有应用程序。 GLKit的功能: 1.加载纹理 2.提供高性能的数学运算 3.提供常⻅的着⾊器 4.提供视图以及视图控制器.
GLKit是Cocoa Touch以及多个其他的框架(包含UIKit)的一部分。GLKView和GLKViewController类是GLKit框架的一部分。 GLKView是Cocoa Touch UIView类的内建子类, 提供绘制场所(View); GLKViewController是UIViewController的内建子类(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.)
GLKit的Hello World
新建Xcode工程,在ViewController.h中导入头文件
#import <GLKit/GLKit.h> #import <OpenGLES/ES3/gl.h> #import <OpenGLES/ES3/glext.h> 复制代码
并将ViewController继承更改为GLKViewController,将ViewController的view的继承更改为GLKView。
{ EAGLContext *context; //上下文 GLKBaseEffect *cEffect; //完成着色器的工作 } 复制代码
1.OpenGL ES 相关初始化
-(void)setUpConfig { //1.初始化上下文&设置当前上下文 context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3]; //判断context是否创建成功 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 *) self.view; view.context = context; //3.配置视图创建的渲染缓存区. view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888; view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat16; //4.设置背景颜色 glClearColor(1, 0, 0, 1.0); } 复制代码
注解1: EAGLContext 是苹果iOS平台下实现OpenGLES 渲染层. kEAGLRenderingAPIOpenGLES1 = 1, 固定管线 kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 = 2, kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 = 3,
注解2: (1). drawableColorFormat: 颜色缓存区格式. 简介: OpenGL ES 有一个缓存区,它用以存储将在屏幕中显示的颜色。你可以使用其属性来设置缓冲区中的每个像素的颜色格式。 GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888 = 0, 默认缓存区的每个像素的最小组成部分(RGBA)使用8个bit,(所以每个像素4个字节,4*8个bit)。 GLKViewDrawableColorFormatRGB565, 如果你的APP允许更小范围的颜色,即可设置这个。会让你的APP消耗更小的资源(内存和处理时间)
(2). drawableDepthFormat: 深度缓存区格式 GLKViewDrawableDepthFormatNone = 0,意味着完全没有深度缓冲区 GLKViewDrawableDepthFormat16, GLKViewDrawableDepthFormat24, 如果你要使用这个属性(一般用于3D游戏),你应该选择GLKViewDrawableDepthFormat16或GLKViewDrawableDepthFormat24。这里的差别是使用GLKViewDrawableDepthFormat16将消耗更少的资源
2.加载顶点/纹理坐标数据
//1.设置顶点数组(顶点坐标,纹理坐标) /* 纹理坐标系取值范围[0,1];原点是左下角(0,0); 故而(0,0)是纹理图像的左下角, 点(1,1)是右上角. */ GLfloat vertexData[] = { 0.5, -0.5, 0.0f, 1.0f, 0.0f, //右下 0.5, 0.5, -0.0f, 1.0f, 1.0f, //右上 -0.5, 0.5, 0.0f, 0.0f, 1.0f, //左上 0.5, -0.5, 0.0f, 1.0f, 0.0f, //右下 -0.5, 0.5, 0.0f, 0.0f, 1.0f, //左上 -0.5, -0.5, 0.0f, 0.0f, 0.0f, //左下 }; //2.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); //3.打开读取通道. //顶点坐标数据 glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition); /* typedef NS_ENUM(GLint, GLKVertexAttrib) { GLKVertexAttribPosition,顶点 GLKVertexAttribNormal,法线 GLKVertexAttribColor,颜色值 GLKVertexAttribTexCoord0,纹理0 GLKVertexAttribTexCoord1 纹理1 } NS_ENUM_AVAILABLE(10_8, 5_0); */ glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 0); //纹理坐标数据 //打开对应attribute开关 glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0); glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 3); 复制代码
注解1: 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当中的,被称为顶点数组。
顶点缓存区: 性能更高的做法是,提前分配一块显存,将顶点数据预先传入到显存当中。这部分的显存,就被称为顶点缓存区。 注解2: (1)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,顶点数据在着色器端(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存区中(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(服务器端)数据。
(2)方法简介 glVertexAttribPointer (GLuint indx, GLint size, GLenum type, GLboolean normalized, GLsizei stride, const GLvoid* ptr)
功能: 上传顶点数据到显存的方法(设置合适的方式从buffer里面读取数据) 参数列表: index:指定要修改的顶点属性的索引值,例如 size: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.) type: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。 normalized: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) stride: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 ptr: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。
3.加载纹理数据(使用GLBaseEffect)
//1.获取纹理图片路径 NSString * filepath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"shiyuan1" ofType:@"jpg"]; //2.设置纹理参数 //纹理坐标原点是左下角,但是图片显示原点应该是左上角. 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; 复制代码
4.绘制视图的内容
#pragma mark -- GLKViewDelegate //绘制视图的内容 /* GLKView对象使其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。 */ - (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); } 复制代码
绘制结果:
下面用思维导图的形式做个OpenGL ES GLKit 加载图片的总结:
常用API解析
1.GLKView
GLKView 使⽤用OpenGL ES 绘制内容的视图默认实现: 1.初始化新视图
- (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame context:(EAGLContext *)context; 复制代码
2.视图代理
@property (nullable, nonatomic, assign) IBOutlet id <GLKViewDelegate> delegate; 复制代码
3.绘制视图内容时使用的OpenGL ES 上下文
@property (nonatomic, retain) EAGLContext *context; 复制代码
4.配置帧缓存区对象
drawableColorFormat 颜⾊渲染缓存区格式 /* GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888 = 0, GLKViewDrawableColorFormatRGB565, GLKViewDrawableColorFormatSRGBA8888, */ drawableDepthFormat 深度渲染缓存区格式 /* GLKViewDrawableDepthFormatNone = 0, GLKViewDrawableDepthFormat16, GLKViewDrawableDepthFormat24, */ drawableStencilFormat 模板渲染缓存区的格式 /* GLKViewDrawableStencilFormatNone = 0, GLKViewDrawableStencilFormat8, */ drawableMultisample 多重采样缓存区的格式 /* GLKViewDrawableMultisampleNone = 0, GLKViewDrawableMultisample4X, */ 复制代码
5.帧缓存区属性
drawableHeight 底层缓存区对象的⾼度(以像素为单位) drawableWidth 底层缓存区对象的宽度(以像素为单位) 复制代码
6.将底层FrameBuffer 对象绑定到OpenGL ES
- (void)bindDrawable; 复制代码
7.删除与视图关联的可绘制对象/删除视图FrameBuffer对象
- (void)deleteDrawable; 复制代码
8.绘制视图内容并将其作为新图像对象返回
@property (readonly, strong) UIImage *snapshot; 复制代码
9.布尔值(BOOL),指定视图是否响应使得视图内容无效的消息
@property (nonatomic) BOOL enableSetNeedsDisplay; 复制代码
10.立即重绘视图内容
- (void)display; 复制代码
11.绘制视图内容(必须实现代理)
//GLKViewDelegate ⽤用于GLKView 对象回调⽅方法 - (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect; 复制代码
2. GLKViewController
GLKViewController 管理OpenGL ES 渲染循环的视图控制器 1.视图控制器的代理
@property (nullable, nonatomic, assign) IBOutlet id <GLKViewControllerDelegate> delegate; 复制代码
2.配置视图的帧速率
//视图控制器调用视图以及更新视图内容的速率 @property (nonatomic) NSInteger preferredFramesPerSecond; //视图控制器调用视图以及更新其内容的实际速率 @property (nonatomic, readonly) NSInteger framesPerSecond; 复制代码
3.控制帧更新
//Bool值,渲染循环是否已暂停 @property (nonatomic, getter=isPaused) BOOL paused; //Bool值,当前程序重新激活活动状态时视图控制器是否自动暂停循环渲染 @property (nonatomic) BOOL pauseOnWillResignActive; //Bool值,当前程序变为活动状态时视图控制器是否自动恢复呈现渲染 @property (nonatomic) BOOL resumeOnDidBecomeActive; 复制代码
4.获取有关视图view的更新信息
//视图控制器自创建以来发送的帧更新数 @property (nonatomic, readonly) NSInteger framesDisplayed; //⾃视图控制器第⼀次恢复发送更新事件以来经过的时间量 @property (nonatomic, readonly) NSTimeInterval timeSinceFirstResume; //自上次视图控制器恢复发送更新事件以来更新的时间量 @property (nonatomic, readonly) NSTimeInterval timeSinceLastResume; //⾃上次视图控制器调用委托⽅法以及经过的时间量 @property (nonatomic, readonly) NSTimeInterval timeSinceLastUpdate; //⾃上次视图控制器调用视图display 方法以来经过的时间量 @property (nonatomic, readonly) NSTimeInterval timeSinceLastDraw; 复制代码
5.渲染循环回调方法--更新视图内容,处理更新事件, 在这里,其实系统还有一个方法用于更新视图:- (void)update;
//在显示每个帧之前调用 - (void)glkViewControllerUpdate:(GLKViewController *)controller; 复制代码
注: 如果不对GLKViewController进行子类化,则会调用glkViewControllerUpdate进行视图更新,如果GLKViewController被子类化,并且手动实现了- (void)update;则此时就不会调用glkViewControllerUpdate,相当于update覆盖了glkViewControllerUpdate,其实本质上update和glkViewControllerUpdate是相同的。
6.暂停/恢复通知
//在渲染循环暂停或者恢复之前调用 - (void)glkViewController:(GLKViewController *)controller willPause:(BOOL)pause; 复制代码
3.GLKit 纹理加载GLTextureLoader
GLKTextureInfo类创建OpenGL纹理信息。该类包含以下属性:
name : OpenGL上下文中纹理名称 target : 纹理绑定的目标 height: 加载的纹理高度 width : 加载的纹理宽度 textureOrigin : 加载纹理中的原点位置 alphaState : 加载纹理中alpha分量状态
GLTextureLoader 简化从各种资源文件中加载纹理:
- 初始化
//初始化一个新的纹理加载到对象中 - (instancetype)initWithSharegroup:(EAGLSharegroup *)sharegroup; //初始化一个新的纹理加载对象 - (instancetype)initWithShareContext:(NSOpenGLContext *)context; 复制代码
2.从文件资源中加载纹理
//从文件加载2D纹理图像并从数据中创建新的纹理 + (nullable GLKTextureInfo *)textureWithContentsOfFile:(NSString *)path options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //从文件中异步加载2D纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)textureWithContentsOfFile:(NSString *)path options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; 复制代码
3.从URL地址中加载纹理
//用URL加载2D纹理图像并从数据中创建新的纹理 + (nullable GLKTextureInfo *)textureWithContentsOfURL:(NSURL *)url options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //用URL异步加载2D纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)textureWithContentsOfFile:(NSString *)path options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; 复制代码
4.从内存中数据创建纹理
//从内存空间加载2D纹理图像并从数据中创建新的纹理 + (nullable GLKTextureInfo *)textureWithContentsOfData:(NSData *)data options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //从内存空间异步加载2D纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)textureWithContentsOfData:(NSData *)data options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; 复制代码
5.从CGImages创建纹理
//从Quartz加载2D纹理图像并从数据中创建新的纹理 + (nullable GLKTextureInfo *)textureWithCGImage:(CGImageRef)cgImage options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //从Quartz异步加载2D纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)textureWithCGImage:(CGImageRef)cgImage options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; 复制代码
6.从URL加载多维数据创建纹理
//从单个URL加载⽴方体贴图纹理图像,并根据数据创建新纹理 + (nullable GLKTextureInfo*)cubeMapWithContentsOfURL:(NSURL *)url options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //从单个URL异步加载⽴方体贴图纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)cubeMapWithContentsOfURL:(NSURL *)url options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; 复制代码
7.从文件资源加载多维数据创建纹理
//从单个文件加载⽴方体贴图纹理对象,并从数据中创建新纹理 + (nullable GLKTextureInfo*)cubeMapWithContentsOfFile:(NSString *)path options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //从单个文件异步立方体贴图纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)cubeMapWithContentsOfFile:(NSString *)path options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; //从一系列文件加载立方体贴图纹理图像.并根据数据创建新的纹理 + (nullable GLKTextureInfo*)cubeMapWithContentsOfFiles:(NSArray<id> *)paths options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options error:(NSError * __nullable * __nullable)outError; //从一系列文件异步立方体贴图纹理图像,并根据数据创建新纹理 - (void)cubeMapWithContentsOfFiles:(NSArray<id> *)paths options:(nullable NSDictionary<NSString*, NSNumber*> *)options queue:(nullable dispatch_queue_t)queue completionHandler:(GLKTextureLoaderCallback)block; 复制代码
4.GLKit光照GLKBaseEffect
1.命名Effect
//给Effect(效果)命名 NSString *label; 复制代码
2.配置模型视图转换
//绑定效果时应用于顶点数据的模型视图,投影和纹理变换 GLKEffectPropertyTransform *transform; 复制代码
3.配置光照效果
//⽤于计算每个片段的光照策略, GLKLightingType lightingType; 注: GLKLightingTypePerVertex 表示在三⻆形中每个顶点执⾏光照计算,然后在三角形进行插值。 GLKLightingTypePerPixel 表示光照计算的输⼊在三角形内插入,并且在每个片段执行光照计算。 复制代码
4.配置光照
//布尔值,表示为基元的两侧计算光照 GLboolean lightModelTwoSided; //计算渲染图元光照使⽤用的材质属性 GLKEffectPropertyMaterial *material; //环境颜色,应⽤效果渲染的所有图元 GLKVector4 lightModelAmbientColor; //场景中第一个光照属性,第二个光照属性,第三个光照属性 GLKEffectPropertyLight *light0, *light1, *light2; 复制代码
5.配置纹理
//第⼀个纹理属性,第二个纹理属性 GLKEffectPropertyTexture *texture2d0, *texture2d1; //纹理应⽤于渲染图元的顺序 NSArray<GLKEffectPropertyTexture*> *textureOrder; 复制代码
6.配置雾化
//应用于场景的雾属性 GLKEffectPropertyFog *fog; 复制代码
7.配置颜色信息
//布尔值,表示计算光照与材质交互时是否使用颜色顶点属性 GLboolean colorMaterialEnabled; //布尔值,指示是否使用常量颜⾊ GLboolean useConstantColor; //不提供每个顶点颜色数据时使用常量颜⾊ GLKVector4 constantColor; 复制代码
8.准备绘制效果
//准备渲染效果 - (void) prepareToDraw; 复制代码
至此 OpenGL ES GLKit的常用API基本就是这些,后续还会继续补充进来。如有书写错误,注释错误,方法使用错误还请指出。THX。
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网
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