OpenGL笔记十二：初探GLSL加载图片纹理

前言

期待您移步上篇：OpenGL笔记十一：GLKit初探

案例：

1.⽤EAGL 创建屏幕上的渲染表⾯
2.加载顶点/⽚元着⾊器
3.创建⼀个程序对象,并链接顶点/⽚元着⾊器,并链接程序对象
4.设置视⼝
5.清除颜⾊缓存区
6.渲染简单图元
7.使颜⾊缓存区的内容在EAGL 窗⼝表现呈现

• 着⾊器与程序对象
  创建和编译着⾊器
  创建并链接程序
  获取和设置统⼀变量
  获取和设置属性
  着⾊器编译器与程序⼆进制代码
  需要创建2个基本对象才能⽤着⾊器进⾏渲染: 着⾊器对象和程序对象。
• 获取链接后着⾊器对象的⼀般过程包括6个步骤:
  1.创建⼀个顶点着⾊器对象和⼀个⽚段着⾊器对象
  2.将源代码链接到每个着⾊器对象
  3.编译着⾊器对象
  4.创建⼀个程序对象
  5.将编译后的着⾊器对象连接到程序对象
  6.链接程序对象

创建与编译⼀个着⾊器

• 创建着⾊器
  GLuint glCreateShader(GLenum type)
  type — 创建着⾊器的类型,GL_VERTEX_SHADER 或者GL_FRAGMENT_SHADER
  返回值 — 是指向新着⾊器对象的句柄。可以调⽤glDeleteShader 删除
  void glDeleteShader(GLuint shader)
  shader — 要删除的着⾊器对象句柄
• 将着色器源码附加到着色器上
  void glShaderSource(GLuint shader , GLSizei count ,const GLChar * const *string, const GLint *length)
  shader — 指向着⾊器对象的句柄
  count — 着⾊器源字符串的数量,着⾊器可以由多个源字符串组成,但是每个着⾊器只有⼀个main函数 string — 指向保存数量的count 的着⾊器源字符串的数组指针
  length — 指向保存每个着⾊器字符串⼤⼩且元素数量为count 的整数数组指针.
• 编译着色器源代码
  void glCompileShader(GLuint shader)
  shader — 需要编译的着⾊器对象句柄
  void glGetShaderiv(GLuint shader , GLenum pname , GLint *params )
  shader — 需要编译的着⾊器对象句柄
  pname — 获取的信息参数,可以为 GL_COMPILE_STATUS/GL_DELETE_STATUS/GL_INFO_LOG_LENGTH/GL_SHADER_SOURCE_LENGTH/ GL_SHADER_TYPE
  params — 指向查询结果的整数存储位置的指针
  void glGetShaderInfolog(GLuint shader , GLSizei maxLength, GLSizei *length , GLChar *infoLog)

shader — 需要获取信息⽇志的着⾊器对象句柄
maxLength — 保存信息⽇志的缓存区⼤⼩
length — 写⼊的信息⽇志的⻓长度(减去null 终⽌符)；如果不需要知道⻓长度。 这个参数可以为Null infoLog — 指向保存信息⽇志的字符缓存区的指针

• 创建程序对象
  GLUint glCreateProgram( ) 创建⼀个程序对象
  返回值: 返回⼀个执⾏新程序对象的句柄
  void glDeleteProgram( GLuint program )
  program : 指向需要删除的程序对象句柄
• 着⾊器与程序连接/附着

void glAttachShader( GLuint program , GLuint shader )
program : 指向程序对象的句柄
shader : 指向程序连接的着⾊器对象的句柄

• 断开连接
  void glDetachShader(GLuint program)
  program : 指向程序对象的句柄
  shader : 指向程序断开连接的着⾊器对象句柄
  *链接程序
  glLinkProgram(GLuint program)
  program: 指向程序对象句柄
  链接程序之后, 需要检查链接是否成功. 你可以使⽤glGetProgramiv 检查链接状态:
  void glGetProgramiv (GLuint program,GLenum pname, GLint *params)
  program: 需要获取信息的程序对象句柄
  pname : 获取信息的参数,可以是:
  GL_ACTIVE_ATTRIBUTES
  GL_ACTIVE_ATTRIBUTES_MAX_LENGTH
  GL_ACTIVE_UNIFORM_BLOCK
  GL_ACTIVE_UNIFORM_BLOCK_MAX_LENGTH
  GL_ACTIVE_UNIFROMS
  GL_ACTIVE_UNIFORM_MAX_LENGTH
  GL_ATTACHED_SHADERS
  GL_DELETE_STATUS
  GL_INFO_LOG_LENGTH
  GL_LINK_STATUS
  GL_PROGRAM_BINARY_RETRIEVABLE_HINT
  GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER_MODE
  GL_TRANSFORM_FEEDBACK_VARYINGS
  GL_TRANSFORM_FEEDBACK_VARYING_MAX_LENGTH
  GL_VALIDATE_STATUS
  params : 指向查询结果整数存储位置的指针
• 从程序信息⽇志中获取信息
  void glGetPorgramInfoLog( GLuint program ,GLSizei maxLength, GLSizei *length , GLChar *infoLog )
  program : 指向需要获取信息的程序对象句柄
  maxLength : 存储信息⽇志的缓存区⼤⼩
  length : 写⼊的信息⽇志⻓长度(减去null 终⽌符)，如果不需要知道⻓长度,这个参数可以为Null
  infoLog : 指向存储信息⽇志的字符缓存区的指针
  void glUseProgram(GLuint program)
  program: 设置为活动程序的程序对象句柄

实战代码

• GLSL 加载图片的完整流程

  
  流程图.png
• 引用文件

#import "YXView.h"
#import <OpenGLES/ES3/gl.h>

@interface YXView()
//在iOS和tvOS上绘制OpenGL ES内容的图层，继承与CALayer
@property(nonatomic,strong)CAEAGLLayer *myEagLayer;
@property (nonatomic,strong) CAEAGLLayer *myEagLayer;
@property (nonatomic,strong) EAGLContext *myContext;

@property (nonatomic,assign) GLuint myColorRederBuffer;
@property (nonatomic,assign) GLuint myColorFrameBuffer;
@property (nonatomic,assign) GLuint myPrograme;

@end

• 初始化

- (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame {
    self = [super initWithFrame:frame];
    if (self) {
        [self loadSubViews];
    }
    return self;
}
//自定义方法
- (void)loadSubViews {
    //1.设置图层
    [self setupLayer];
    //2.设置图形上下文
    [self setupContext];
    //3.清空缓存区
    [self clearRenderAndFrameBuffer];
    //4.设置RenderBuffer
    [self setupRenderBuffer];
    //5.设置FrameBuffer
    [self setupFrameBuffer];
    //6.开始绘制
    [self renderLayer];   
}

• 设置图层

- (void)setupLayer {
    //1.创建特殊图层
    /*
     重写layerClass，将CCView返回的图层从CALayer替换成CAEAGLLayer
     */
    self.myEagLayer = (CAEAGLLayer *)self.layer;
    
    //2.设置scale
    [self setContentScaleFactor:[[UIScreen mainScreen] scale]];
    
    //3.设置描述属性，这里设置不维持渲染内容以及颜色格式为RGBA8
    /*
     kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking  表示绘图表面显示后，是否保留其内容。
     kEAGLDrawablePropertyColorFormat
     可绘制表面的内部颜色缓存区格式，这个key对应的值是一个NSString指定特定颜色缓存区对象。默认是kEAGLColorFormatRGBA8；
     
     kEAGLColorFormatRGBA8：32位RGBA的颜色，4*8=32位
     kEAGLColorFormatRGB565：16位RGB的颜色，
     kEAGLColorFormatSRGBA8：sRGB代表了标准的红、绿、蓝，即CRT显示器、LCD显示器、投影机、打印机以及其他设备中色彩再现所使用的三个基本色素。
                             sRGB的色彩空间基于独立的色彩坐标，可以使色彩在不同的设备使用传输中对应于同一个色彩坐标体系，而不受这些设备各自具有的不同色彩坐标的影响。
     */
    NSDictionary *properyies = [[NSDictionary alloc]initWithObjectsAndKeys:@NO,kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking,kEAGLColorFormatRGBA8,kEAGLDrawablePropertyColorFormat, nil];
    self.myEagLayer.drawableProperties = properyies;
}

重写layerClass

//重写layerClass
+ (Class)layerClass {
    return [CAEAGLLayer class];
}

• 设置上下文

- (void)setupContext {
    //1.创建图形上下文 ,指定OpenGL ES 渲染API版本，我们使用3.0
    EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    //2.判断是否创建成功
    if (!context) {
        NSLog(@"Create context failed");
        return;
    }
    //3.设置图形上下文
    if (![EAGLContext setCurrentContext:context]) {
        NSLog(@"setCurrentContext failed!");
    }
    //4.将局部context，变成全局的
    self.myContext = context;   
}

• 清空缓存区

//3.清空缓存区
- (void)clearRenderAndFrameBuffer {
    /*
     buffer分为frame buffer 和 render buffer2个大类。
     其中frame buffer 相当于render buffer的管理者。
     frame buffer object即称FBO。
     render buffer则又可分为3类。colorBuffer、depthBuffer、stencilBuffer。
    */
    glDeleteBuffers(1, &_myColorRederBuffer);
    self.myColorRederBuffer = 0;
    
    glDeleteBuffers(1, &_myColorFrameBuffer);
    self.myColorFrameBuffer = 0;
}

• 设置RenderBuffer

//4.设置RenderBuffer
- (void)setupRenderBuffer {
    //1.定义一个缓存区ID
    GLuint buffer;
    //2.申请一个缓存区标志
    glGenRenderbuffers(1, &buffer);
    //3.赋值给全局
    self.myColorRederBuffer = buffer;
    //4.将标识符绑定到GL_RENDERBUFFER
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, self.myColorRederBuffer);
    //5.将可绘制对象drawable object's  CAEAGLLayer的存储绑定到OpenGL ES renderBuffer对象
    [self.myContext renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:self.myEagLayer];
}

• 设置FrameBuffer

//5.设置FrameBuffer
- (void)setupFrameBuffer {
    //1.定义一个缓存区ID
    GLuint buffer;
    //2.申请一个缓存区标志
    glGenFramebuffers(1, &buffer);
    //3.赋值给全局
    self.myColorFrameBuffer = buffer;
    //4.将标识符绑定到GL_RENDERBUFFER
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, buffer);
    //5.将渲染缓存区myColorRenderBuffer 通过glFramebufferRenderbuffer函数绑定到 GL_COLOR_ATTACHMENT0上。
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_RENDERBUFFER,   self.myColorRederBuffer);
}

• 开始绘制

-(void)renderLayer
{
    //设置清屏颜色
    glClearColor(0.3f, 0.45f, 0.5f, 1.0f);
    //清除屏幕
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    //1.设置视口大小
    CGFloat scale = [[UIScreen mainScreen]scale];
    glViewport(self.frame.origin.x * scale, self.frame.origin.y * scale, self.frame.size.width * scale, self.frame.size.height * scale);
    
    //2.读取顶点着色程序、片元着色程序
    NSString *vertFile = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"shaderv" ofType:@"vsh"];
    NSString *fragFile = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"shaderf" ofType:@"fsh"];
    
    NSLog(@"vertFile:%@",vertFile);
    NSLog(@"fragFile:%@",fragFile);
    
    //3.加载shader
    self.myPrograme = [self loadShaders:vertFile Withfrag:fragFile];
    
    //4.链接
    glLinkProgram(self.myPrograme);
    GLint linkStatus;
    //获取链接状态
    glGetProgramiv(self.myPrograme, GL_LINK_STATUS, &linkStatus);
    if (linkStatus == GL_FALSE) {
        GLchar message[512];
        glGetProgramInfoLog(self.myPrograme, sizeof(message), 0, &message[0]);
        NSString *messageString = [NSString stringWithUTF8String:message];
        NSLog(@"Program Link Error:%@",messageString);
        return;
    }
    
    NSLog(@"Program Link Success!");
    //5.使用program
    glUseProgram(self.myPrograme);
    
    //6.设置顶点、纹理坐标
    //前3个是顶点坐标，后2个是纹理坐标
    GLfloat attrArr[] =
    {
        0.5f, -0.5f, -1.0f,     1.0f, 0.0f,//0,1
        -0.5f, 0.5f, -1.0f,     0.0f, 1.0f,//1,0
        -0.5f, -0.5f, -1.0f,    0.0f, 0.0f,//1,1
        
        0.5f, 0.5f, -1.0f,      1.0f, 1.0f,//0,0
        -0.5f, 0.5f, -1.0f,     0.0f, 1.0f,//1,0
        0.5f, -0.5f, -1.0f,     1.0f, 0.0f,//0,1
    };
    
    
    //7.-----处理顶点数据--------
    //(1)顶点缓存区
    GLuint attrBuffer;
    //(2)申请一个缓存区标识符
    glGenBuffers(1, &attrBuffer);
    //(3)将attrBuffer绑定到GL_ARRAY_BUFFER标识符上
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, attrBuffer);
    //(4)把顶点数据从CPU内存复制到GPU上
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(attrArr), attrArr, GL_DYNAMIC_DRAW);

    //8.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。
    
    //(1)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.myPrograme, "position");
    
    //(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
    glEnableVertexAttribArray(position);
    
    //(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(position, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, NULL);
    
    
    //9.----处理纹理数据-------
    //(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.vsh中的输入变量：textCoordinate保持一致
    GLuint textCoor = glGetAttribLocation(self.myPrograme, "textCoordinate");
    
    //(2).设置合适的格式从buffer里面读取数据
    glEnableVertexAttribArray(textCoor);
    
    //(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(textCoor, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, (float *)NULL + 3);
    
    //10.加载纹理
    [self setupTexture:@"xxx"];
    
    //11. 设置纹理采样器 sampler2D
    glUniform1i(glGetUniformLocation(self.myPrograme, "colorMap"), 0);
    
    //12.绘图
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
    
    //13.从渲染缓存区显示到屏幕上
    [self.myContext presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}

自定义封装方法

• 1.图片中加载纹理

  
  加载图片流程图.png

- (GLuint)setupTexture:(NSString *)fileName {
    
    //1、将 UIImage 转换为 CGImageRef
    CGImageRef spriteImage = [UIImage imageNamed:fileName].CGImage;
    
    //判断图片是否获取成功
    if (!spriteImage) {
        NSLog(@"Failed to load image %@", fileName);
        exit(1);
    }
    
    //2、读取图片的大小，宽和高
    size_t width = CGImageGetWidth(spriteImage);
    size_t height = CGImageGetHeight(spriteImage);
    
    //3.获取图片字节数 宽*高*4（RGBA）
    GLubyte * spriteData = (GLubyte *) calloc(width * height * 4, sizeof(GLubyte));
    
    //4.创建上下文
    /*
     参数1：data,指向要渲染的绘制图像的内存地址
     参数2：width,bitmap的宽度，单位为像素
     参数3：height,bitmap的高度，单位为像素
     参数4：bitPerComponent,内存中像素的每个组件的位数，比如32位RGBA，就设置为8
     参数5：bytesPerRow,bitmap的没一行的内存所占的比特数
     参数6：colorSpace,bitmap上使用的颜色空间  kCGImageAlphaPremultipliedLast：RGBA
     */
    CGContextRef spriteContext = CGBitmapContextCreate(spriteData, width, height, 8, width*4,CGImageGetColorSpace(spriteImage), kCGImageAlphaPremultipliedLast);
    

    //5、在CGContextRef上--> 将图片绘制出来
    /*
     CGContextDrawImage 使用的是Core Graphics框架，坐标系与UIKit 不一样。UIKit框架的原点在屏幕的左上角，Core Graphics框架的原点在屏幕的左下角。
     CGContextDrawImage 
     参数1：绘图上下文
     参数2：rect坐标
     参数3：绘制的图片
     */
    CGRect rect = CGRectMake(0, 0, width, height);
   
    //6.使用默认方式绘制
    CGContextDrawImage(spriteContext, rect, spriteImage);
   
    //7、画图完毕就释放上下文
    CGContextRelease(spriteContext);
    
    //8、绑定纹理到默认的纹理ID（
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    
    //9.设置纹理属性
    /*
     参数1：纹理维度
     参数2：线性过滤、为s,t坐标设置模式
     参数3：wrapMode,环绕模式
     */
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    
    float fw = width, fh = height;
    
    //10.载入纹理2D数据
    /*
     参数1：纹理模式，GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
     参数2：加载的层次，一般设置为0
     参数3：纹理的颜色值GL_RGBA
     参数4：宽
     参数5：高
     参数6：border，边界宽度
     参数7：format
     参数8：type
     参数9：纹理数据
     */
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, fw, fh, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, spriteData);
    
    //11.释放spriteData
    free(spriteData);   
    return 0;
}

• 2.加载shader

- (GLuint)loadShaders:(NSString *)vert withfrag:(NSString *)frag {
    //1.定义2个k临时着色器对象
    GLuint verShader, fragShader;
    //创建program
    GLuint program = glCreateProgram();
    
    //2.编译顶点着色程序、片元着色器程序
    //参数1：编译完存储的底层地址
    //参数2：编译的类型，GL_VERTEX_SHADER（顶点）、GL_FRAGMENT_SHADER(片元)
    //参数3：文件路径
    [self compileShader:&verShader type:GL_VERTEX_SHADER file:vert];
    [self compileShader:&fragShader type:GL_FRAGMENT_SHADER file:frag];
    
    //3.把shader加载到program
    glAttachShader(program, verShader);
    glAttachShader(program, fragShader);
    
    //4.释放shader
    glDeleteShader(verShader);
    glDeleteShader(fragShader);
    
    return program;
}

• 编译shader

- (void)compileShader:(GLuint *)shader type:(GLenum )type file:(NSString *)file {
    //1.读取文件路径字符串
    NSString *content = [NSString stringWithContentsOfFile:file encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];
    const GLchar *source = [content UTF8String];
    
   //2.创建一个shader（根据type类型）
    *shader = glCreateShader(type);
    
    //3.将着色器源码附加到着色器对象上。
    //参数1：shader,要编译的着色器对象 *shader
    //参数2：numOfStrings,传递的源码字符串数量 1个
    //参数3：strings,着色器程序的源码（真正的着色器程序源码）
    //参数4：lenOfStrings,长度，具有每个字符串长度的数组，或NULL，这意味着字符串是NULL终止的
    glShaderSource(*shader, 1, &source, NULL);
    
    //4.编译shader
    glCompileShader(*shader);
}

shader代码

• vertexShader

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main()
{
    varyTextCoord = textCoordinate;
    gl_Position = position;
}

• fragShader

varying lowp vec2 varyTextCoord;
uniform sampler2D colorMap;

void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}

到此，案例已完成，但是此时纹理加载的图片是颠倒的。解决方案请参考下篇。

期待您移步下篇：OpenGL笔记十三：GLSL加载纹理颠倒六种方案