OpenGL ES GLSL综合案例：三角形变换

效果图如下：

三角形变换.gif

1.引入工具类

首先，引入相关工具类

工具类.png

2.构建着色器

然后，构建顶点着色器shaderv.glsl和片元着色器shaderf.glsl

• 顶点着色器（shaderv.vsh）
  顶点着色器的各个属性在OpenGL ES GLSL自定义着色器加载图片中已经介绍过了，在此不再赘述。
  因为需要旋转变换，所以加入了投影模型视图矩阵，至于顶点着色器内建变量gl_Position（顶点着色器计算之后的顶点结果）的矩阵相乘顺序projectionMatrix * modelViewMatrix * position，可以查看OpenGL向量、矩阵中的做的相关阐述。

attribute vec4 position;
attribute vec4 positionColor;

uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 modelViewMatrix;

varying lowp vec4 varyColor;

void main()
{
    varyColor = positionColor;
    
    vec4 vPos;
   
    vPos = projectionMatrix * modelViewMatrix * position;

    gl_Position = vPos;
}

• 片元着色器（shaderf.fsh）

varying lowp vec4 varyColor;
void main()
{
    gl_FragColor = varyColor;
}

3.绘制

GLSL三角形变换绘制思路：

1. 设置图层
2. 设置上下文
3. 清空缓存区
4. 设置renderBuffer;
5. 设置frameBuffer
6. 绘制

前5步和OpenGL ES GLSL自定义着色器加载图片中相同，这里着重讲解一下第6步。

• 因为要做旋转平移变换，所以加上了投影模型视图矩阵
• 绘制方式也发生了变化，这里使用的是索引绘图。这样就节省了顶点绘图中不断重复添加顶点数据的麻烦。

//6.绘制
-(void)render
{
    //1.清屏颜色
    glClearColor(0, 0.0, 0, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    
    CGFloat scale = [[UIScreen mainScreen] scale];
    //2.设置视口
    glViewport(self.frame.origin.x * scale, self.frame.origin.y * scale, self.frame.size.width * scale, self.frame.size.height * scale);
    
    //3.获取顶点着色程序、片元着色器程序文件位置
    NSString* vertFile = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"shaderv" ofType:@"glsl"];
    NSString* fragFile = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"shaderf" ofType:@"glsl"];
    
    //4.判断self.myProgram是否存在，存在则清空其文件
    if (self.myProgram) {
        
        glDeleteProgram(self.myProgram);
        self.myProgram = 0;
    }
    
    //5.加载程序到myProgram中来。
    self.myProgram = [self loadShader:vertFile frag:fragFile];
    
    //6.链接
    glLinkProgram(self.myProgram);
    GLint linkSuccess;
    
    //7.获取链接状态
    glGetProgramiv(self.myProgram, GL_LINK_STATUS, &linkSuccess);
    if (linkSuccess == GL_FALSE) {
        GLchar messages[256];
        glGetProgramInfoLog(self.myProgram, sizeof(messages), 0, &messages[0]);
        NSString *messageString = [NSString stringWithUTF8String:messages];
        NSLog(@"error%@", messageString);
        
        return ;
    }else {
        glUseProgram(self.myProgram);
    }
    
    //8.创建顶点数组 & 索引数组
    //(1)顶点数组 前3顶点值（x,y,z），后3位颜色值(RGB)
    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,
    };

    //(3).判断顶点缓存区是否为空，如果为空则申请一个缓存区标识符
    if (self.myVertices == 0) {
        glGenBuffers(1, &_myVertices);
    }
    
    
    //9.-----处理顶点数据-------
    //(1).将_myVertices绑定到GL_ARRAY_BUFFER标识符上
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _myVertices);
    //(2).把顶点数据从CPU内存复制到GPU上
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(attrArr), attrArr, GL_DYNAMIC_DRAW);
    
    //(3).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。
    //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.myProgram, "position");
    
    //(4).打开position
    glEnableVertexAttribArray(position);
    
    //(5).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) * 6, NULL);
    
    
    //10.--------处理顶点颜色值-------
    //(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.glsl中的输入变量：positionColor保持一致
    GLuint positionColor = glGetAttribLocation(self.myProgram, "positionColor");
   
    //(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
    glEnableVertexAttribArray(positionColor);
    
    //(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(positionColor, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 6, (float *)NULL + 3);

    //11.找到myProgram中的projectionMatrix、modelViewMatrix 2个矩阵的地址。如果找到则返回地址，否则返回-1，表示没有找到2个对象。
    GLuint projectionMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myProgram, "projectionMatrix");
    GLuint modelViewMatrixSlot = glGetUniformLocation(self.myProgram, "modelViewMatrix");
    
    float width = self.frame.size.width;
    float height = self.frame.size.height;
    
    //12.创建4 * 4投影矩阵
    KSMatrix4 _projectionMatrix;
    //(1)获取单元矩阵
    ksMatrixLoadIdentity(&_projectionMatrix);
    //(2)计算纵横比例 = 长/宽
    float aspect = width / height; //长宽比
    //(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
     参考PPT
     */
    ksPerspective(&_projectionMatrix, 30.0, aspect, 5.0f, 20.0f); //透视变换，视角30°
    //(4)将投影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(projectionMatrixSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat*)&_projectionMatrix.m[0][0]);
    

    //13.创建一个4 * 4 矩阵，模型视图矩阵
    KSMatrix4 _modelViewMatrix;
    //(1)获取单元矩阵
    ksMatrixLoadIdentity(&_modelViewMatrix);
    //(2)平移，z轴平移-10
    ksTranslate(&_modelViewMatrix, 0.0, 0.0, -10.0);
    //(3)创建一个4 * 4 矩阵，旋转矩阵
    KSMatrix4 _rotationMatrix;
    //(4)初始化为单元矩阵
    ksMatrixLoadIdentity(&_rotationMatrix);
    //(5)旋转
    ksRotate(&_rotationMatrix, xDegree, 1.0, 0.0, 0.0); //绕X轴
    ksRotate(&_rotationMatrix, yDegree, 0.0, 1.0, 0.0); //绕Y轴
    ksRotate(&_rotationMatrix, zDegree, 0.0, 0.0, 1.0); //绕Z轴
    //(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
     ksMatrixMultiply(&_modelViewMatrix, &_rotationMatrix, &_modelViewMatrix);
    //(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]);
    
   
    //14.开启剔除操作效果
    glEnable(GL_CULL_FACE);

    
    //15.使用索引绘图
    /*
     void glDrawElements(GLenum mode,GLsizei count,GLenum type,const GLvoid * indices);
     参数列表：
     mode:要呈现的画图的模型
                GL_POINTS
                GL_LINES
                GL_LINE_LOOP
                GL_LINE_STRIP
                GL_TRIANGLES
                GL_TRIANGLE_STRIP
                GL_TRIANGLE_FAN
     count:绘图个数
     type:类型
             GL_BYTE
             GL_UNSIGNED_BYTE
             GL_SHORT
             GL_UNSIGNED_SHORT
             GL_INT
             GL_UNSIGNED_INT
     indices：绘制索引数组

     */
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices) / sizeof(indices[0]), GL_UNSIGNED_INT, indices);
    
  
    //16.要求本地窗口系统显示OpenGL ES渲染<目标>
    [self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];

}

4.结构体拓展

因为要手动控制旋转角度，所以我们定义了如下成员变量来记录旋转状态。这里需要拓展一下结构体的相关知识，我们都知道，OC是一门动态语言，有一套运行时机制，会把OC中的类动态构造为C语言的结构体。OC类中定义的属性顺序会在编译时进行优化调整，其调整的规则就是先按数据类型的尺寸从小到大进行排列，相同尺寸的数据成员则按字母顺序进行排列。但是我们的成员变量，编译器是不会对这些成员变量的顺序进行优化，而是按定义的顺序在内存中进行排列，并且是优先于属性数据成员进行排列。至于排列顺序还是不懂的，可以参考iOS中编写高效能结构体的7个要点

{
    NSTimer* myTimer; 
    float xDegree;
    float yDegree;
    float zDegree;
    BOOL bX;
    BOOL bY;
    BOOL bZ;
}

然后定义我们的旋转方法即可

#pragma mark - XYClick
- (IBAction)XClick:(id)sender {
    
    //开启定时器
    if (!myTimer) {
        myTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:0.05 target:self selector:@selector(reDegree) userInfo:nil repeats:YES];
    }
    //更新的是X还是Y
    bX = !bX;
    
}
- (IBAction)YClick:(id)sender {
    
    //开启定时器
    if (!myTimer) {
        myTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:0.05 target:self selector:@selector(reDegree) userInfo:nil repeats:YES];
    }
    //更新的是X还是Y
    bY = !bY;
}
- (IBAction)ZClick:(id)sender {
    
    //开启定时器
    if (!myTimer) {
        myTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:0.05 target:self selector:@selector(reDegree) userInfo:nil repeats:YES];
    }
    //更新的是X还是Y
    bZ = !bZ;
}

-(void)reDegree
{
    //如果停止X轴旋转，X = 0则度数就停留在暂停前的度数.
    //更新度数
    xDegree += bX * 5;
    yDegree += bY * 5;
    zDegree += bZ * 5;
    //重新渲染
    [self render];
    
}

纹理与颜色混合

1.修改纹理坐标

GLfloat attrArr[] =
{
    -0.5f, 0.5f, 0.0f,      0.0f, 0.0f, 0.5f,       0.0f, 1.0f,//左上
    0.5f, 0.5f, 0.0f,       0.0f, 0.5f, 0.0f,       1.0f, 1.0f,//右上
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,     0.5f, 0.0f, 1.0f,       0.0f, 0.0f,//左下
    0.5f, -0.5f, 0.0f,      0.0f, 0.0f, 0.5f,       1.0f, 0.0f,//右下
    0.0f, 0.0f, 1.0f,       1.0f, 1.0f, 1.0f,       0.5f, 0.5f,//顶点
};

Demo:
GLSLTriangleDemo