OpenGL ES之3D渲染旋转的贴图立方体

效果展示

绘制流程

一、OpenGL ES 初始化

① 初始化上下文并设置当前上下文

    /* 初始化上下文并设置当前上下文
     * EAGLContext 是苹果iOS平台下实现OpenGLES 渲染层
     * kEAGLRenderingAPIOpenGLES1 = 1, 固定管线
     * kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 = 2,
     * kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 = 3,
     */
    context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    // 判断是否创建成功
    if (!context) {
        NSLog(@"Creat failed");
    }
    // 设置上下文
    [EAGLContext setCurrentContext:context];

② 配置视图创建的渲染缓存区

• OpenGL ES 有一个缓存区，它用以存储将在屏幕中显示的颜色，可以使用其属性来设置缓冲区中的每个像素的颜色格式。drawableColorFormat: 颜色缓存区格式：
  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（故每个像素4个字节，4*8个bit）GLKViewDrawableColorFormatRGB565：如果APP允许更小范围的颜色，即可设置这个，会让APP消耗更小的资源（内存和处理时间）
• drawableDepthFormat: 深度缓存区格式
  GLKViewDrawableDepthFormatNone = 0,意味着完全没有深度缓冲区
  GLKViewDrawableDepthFormat16,
  GLKViewDrawableDepthFormat24,
  如果要使用这个属性（一般用于3D游戏），应该选择GLKViewDrawableDepthFormat16
  或GLKViewDrawableDepthFormat24，差别就是使用GLKViewDrawableDepthFormat16将 消耗更少的资源。

    // 设置上下文
    [EAGLContext setCurrentContext:context];
    // 获取GLKView 设置context
    GLKView *view = (GLKView *)self.view;
    view.context = context;
    
    // 配置视图创建的渲染缓存区
    view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;

二、加载顶点/纹理坐标数据

① 创建顶点数据并开辟顶点缓存区

• 顶点数组: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，就被称为顶点缓冲区。

    /* 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(0,0)是纹理图像的左下角, 点(1,1)是右上角
     * 一个正方体有六个面，因此需要六个面，每个面两个三角形，每一行前三个为顶点的坐标，后两个值为纹理坐标
     */
     GLfloat vertexData[] = {
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f,
        0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
        0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
        -0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,
        
        -0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,
        0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f,
        -0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
        
        -0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        -0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
        -0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        
        0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
        0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        -0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        
        -0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f,
        0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f,
        0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f,
        -0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f,
        -0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f
    };
    
    /* 顶点数组: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，就被称为顶点缓冲区
     */
    
    // 开辟顶点缓存区
    GLuint bufferID;
    // 创建顶点缓存区标识符ID
    glGenBuffers(1, &bufferID);
    // 绑定顶点缓存区
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);
    // 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);

② 打开读取通道

• 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)。
• 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。

    /* 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）
     * index:指定要修改的顶点属性的索引值
     * 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
     */

    // 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);

三、加载纹理数据(使用GLBaseEffect)

① 加载纹理数据

    // 获取纹理图片路径
    NSString *name = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"祎祎美女" ofType:@"jpg"];
    // 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:name options:options error:nil];
    // 使用苹果GLKit 提供GLKBaseEffect 完成着色器工作(顶点/片元)
    effect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
    effect.texture2d0.enabled = GL_TRUE;
    effect.texture2d0.name = textureInfo.name;

② 由于视口(视图)宽高比的问题产生了拉伸问题，可以设置透视投影矩阵。又由于可视范围的问题，需要将顶点向后移4.0单位。

    // 透视投影矩阵
    CGFloat aspect = fabs(self.view.bounds.size.width / self.view.bounds.size.height);
    GLKMatrix4 projectionMatrix = GLKMatrix4MakePerspective(GLKMathDegreesToRadians(65.0), aspect, 0.1, 100.0);
    effect.transform.projectionMatrix = projectionMatrix;
    // 向后（屏幕里面）平移4.0
    GLKMatrix4 modelviewMatrix = GLKMatrix4Translate(GLKMatrix4Identity, 0, 0, -4.0);
    effect.transform.modelviewMatrix = modelviewMatrix;

四、实现GLKViewDelegate协议

• 由于- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect 会不断回调，在该协议里面更新模型视图变换矩阵就可以实现立方体的旋转效果。

/* 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 {
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    _angle = (_angle + 2) % 360;
    GLKMatrix4 modelviewMatrix = GLKMatrix4Translate(GLKMatrix4Identity, 0, 0, -4.0);
    modelviewMatrix = GLKMatrix4Rotate(modelviewMatrix, GLKMathDegreesToRadians(_angle), 0.3, 0.5, 0.7);
    effect.transform.modelviewMatrix = modelviewMatrix;
    
    [effect prepareToDraw];
    
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 48);
}

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