本案例的主要目的是理解GLSL中如何索引绘图
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
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
案例的整体流程如图所示
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
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
投影矩阵和模型视图矩阵 - 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;
}
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;
}
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
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
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
-
-
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
-
-
设置顶点数组 & 索引数组
- 顶点数组中一个顶点包含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,
};
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
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");
- 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;
- 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]);
- 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]);
索引绘图
-
-
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_POINTS | GL_BYTE |
| GL_LINES | GL_UNSIGNED_BYTE |
| GL_LINE_LOOP | GL_SHORT |
| GL_LINE_STRIP | GL_UNSIGNED_SHORT |
| GL_TRIANGLES | GL_INT |
| GL_TRIANGLE_STRIP | GL_UNSIGNED_INT |
| GL_TRIANGLE_FAN | ---- |
glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices) / sizeof(indices[0]), GL_UNSIGNED_INT, indices);
- 要求本地窗口显示渲染的目标
[self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
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
-
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
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