从零讲解 iOS 中 OpenGL ES 的纹理渲染

RaymondBblythe 发布于1年前

从零讲解 iOS 中 OpenGL ES 的纹理渲染

本文主要介绍,如何使用 OpenGL ES 来渲染一张图片。内容包括:基础概念的讲解,如何使用 GLKit 来渲染纹理,如何使用 GLSL 编写的着色器来渲染纹理。

前言

OpenGL(Open Graphics Library)是 Khronos Group (一个图形软硬件行业协会,该协会主要关注图形和多媒体方面的开放标准)开发维护的一个 规范 ,它是硬件无关的。它主要为我们定义了用来操作图形和图片的一系列函数的 API,OpenGL 本身并非 API。

OpenGL ES(OpenGL for Embedded Systems)是 OpenGL 的子集,针对手机、PDA 和游戏主机等嵌入式设备而设计。该规范也是由 Khronos Group 开发维护。

OpenGL ES 去除了 四边形(GL_QUADS)多边形(GL_POLYGONS) 等复杂图元,以及许多非绝对必要的特性,剩下最核心有用的部分。可以理解成是一个在移动平台上 能够支持 OpenGL 最基本功能的精简规范

目前 iOS 平台支持的有 OpenGL ES 1.0,2.0,3.0。OpenGL ES 3.0 加入了一些新的特性,但是它除了需要 iOS 7.0 以上之外,还需要 iPhone 5S 之后的设备才能支持。出于现有主流设备的考虑,我们主要使用 OpenGL ES 2.0。

注:下文中的 OpenGL ES 均指代 OpenGL ES 2.0。

一、概念

1、缓存是什么

OpenGL ES 部分运行在 CPU 上,部分运行在 GPU 上,为了协调这两部分的数据交换,定义了 缓存(Buffers) 的概念。CPU 和 GPU 都有独自控制的内存区域,缓存可以避免数据在这两块内存区域之间进行复制,提高效率。 缓存实际上就是指一块连续的 RAM

2、纹理渲染的含义

纹理是一个用来保存图像颜色的元素值的 缓存渲染 是指将数据生成图像的过程。 纹理渲染 则是将保存在内存中的颜色值等数据,生成图像的过程。

3、坐标系

1、OpenGL ES 坐标系

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OpenGL ES 坐标系的范围是 -1 ~ 1,是一个三维的坐标系,通常用 X、Y、Z 来表示。Z 轴的正方向指向屏幕外。在不考虑 Z 轴的情况下,左下角为 (-1, -1, 0),右上角为 (1, 1, 0)。

2、纹理坐标系

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纹理坐标系的范围是 0 ~ 1,是一个二维坐标系,横轴称为 S 轴,纵轴称为 T 轴。在坐标系中,点的横坐标一般用 U 表示,点的纵坐标一般用 V 表示。左下角为 (0, 0),右上角为 (1, 1)。

注:纹理坐标系和 UIKit 坐标系的方向刚好相反。

4、纹理相关的概念

  • 纹素(Texel): 一个图像初始化为一个纹理缓存后,每个像素会变成一个纹素。纹理的坐标是范围是 0 ~ 1,在这个单位长度内,可能包含任意多个纹素。
  • 光栅化(Rasterizing): 将几何形状数据转换为片段的渲染步骤。
  • 片段(Fragment): 视口坐标中的颜色像素。没有使用纹理时,会使用对象顶点来计算片段的颜色;使用纹理时,会根据纹素来计算。
  • 映射(Mapping): 对齐顶点和纹素的方式。即将顶点坐标 (X, Y, Z) 与 纹理坐标 (U, V) 对应起来。
  • 取样(Sampling): 在顶点固定后,每个片段根据计算出来的 (U, V) 坐标,去找相应纹素的过程。
  • 帧缓存(Frame Buffer): 一个接收渲染结果的缓冲区,为 GPU 指定存储渲染结果的区域。更通俗点,可以理解成存储屏幕上最终显示的一帧画面的区域。

注:(U, V) 可能会超出 0 ~ 1 这个范围,需要通过 glTextParameteri() 配置相应的方案,来映射到 S 轴和 T 轴。

5、怎么使用缓存

在实际应用中,我们需要使用各种各样的缓存。比如在纹理渲染之前,需要生成一块保存了图像数据的纹理缓存。下面介绍一下缓存管理的一般步骤:

使用缓存的过程可以分为 7 步:

  1. 生成(Generate): 生成缓存标识符 glGenBuffers()
  2. 绑定(Bind): 对接下来的操作,绑定一个缓存 glBindBuffer()
  3. 缓存数据(Buffer Data): 从CPU的内存复制数据到缓存的内存 glBufferData() / glBufferSubData()
  4. 启用(Enable)或者禁止(Disable): 设置在接下来的渲染中是否要使用缓存的数据 glEnableVertexAttribArray() / glDisableVertexAttribArray()
  5. 设置指针(Set Pointers): 告知缓存的数据类型,及相应数据的偏移量 glVertexAttribPointer()
  6. 绘图(Draw): 使用缓存的数据进行绘制 glDrawArrays() / glDrawElements()
  7. 删除(Delete): 删除缓存,释放资源 glDeleteBuffers()

7 步很重要,现在先有个印象,后面我们在实际例子中会反复用到。

6、OpenGL ES 的上下文

OpenGL ES 是一个状态机,相关的配置信息会被保存在一个 上下文(Context) 中,这个些值会被一直保存,直到被修改。但我们可以配置多个上下文,通过调用 [EAGLContext setCurrentContext:context] 来切换。

7、OpenGL ES 中的图元

图元(Primitive)是指 OpenGL ES 中支持渲染的基本图形。OpenGL ES 只支持三种图元,分别是顶点、线段、三角形。复杂的图形得通过渲染多个三角形来实现。

8、怎么渲染三角形

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渲染三角形的基本流程按照上图所示。其中, 顶点着色器片段着色器 是可编程的部分, 着色器(Shader) 是一个小程序,它们运行在 GPU 上,在主程序运行的时候进行动态编译,而不用写死在代码里面。编写着色器用的语言是 GLSL(OpenGL Shading Language) ,在第三节中我们会详细介绍。

下面介绍一下渲染流程的每一步都做了什么:

1、顶点数据

为了渲染一个三角形,我们需要传入一个包含 3 个三维顶点坐标的数组,每个顶点都有对应的顶点属性,顶点属性中可以包含任何我们想用的数据。在上图的例子里,我们的每个顶点包含了一个颜色值。

并且,为了让 OpenGL ES 知道我们是要绘制三角形,而不是点或者线段,我们在调用绘制指令的时候,都会把图元信息传递给 OpenGL ES 。

2、顶点着色器

顶点着色器会对每个顶点执行一次运算,它可以使用顶点数据来计算该顶点的坐标、颜色、光照、纹理坐标等。

顶点着色器的一个重要任务是进行 坐标转换 ,例如将模型的原始坐标系(一般是指其 3D 建模工具中的坐标)转换到屏幕坐标系。

3、图元装配

在顶点着色器程序输出顶点坐标之后,各个顶点按照绘制命令中的图元类型参数,以及顶点索引数组被组装成一个个图元。

通过这一步,模型中 3D 的图元已经被转化为屏幕上 2D 的图元。

4、几何着色器

在顶点和片段着色器之间有一个可选的着色器,叫做 几何着色器(Geometry Shader)

几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入,它可以通过产生新顶点构造出新的图元来生成其他形状。

这个部分我们暂时还用不到,可以先不关注。

5、光栅化

在光栅化阶段,基本图元被转换为供片段着色器使用的片段。片段表示可以被渲染到屏幕上的像素,它包含位置、颜色、纹理坐标等信息,这些值是由图元的顶点信息进行插值计算得到的。

在片段着色器运行之前会执行裁切,处于视图以外的所有像素会被裁切掉,用来提升执行效率。

6、片段着色器

片段着色器的主要作用是计算每一个片段最终的颜色值(或者丢弃该片段)。片段着色器决定了最终屏幕上每一个像素点的颜色值。

7、测试与混合

在这一步,OpenGL ES 会根据片段是否被遮挡、视图上是否已存在绘制好的片段等情况,对片段进行丢弃或着混合,最终被保留下来的片段会被写入帧缓存中,最终呈现在设备屏幕上。

9、怎么渲染多变形

由于 OpenGL ES 只能渲染三角形,因此多边形需要由多个三角形来组成。

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如图所示,一个五边形,我们可以把它拆分成 3 个三角形来渲染。

渲染一个三角形,我们需要一个保存 3 个顶点的数组。这意味着我们渲染一个五边形,需要用 9 个顶点。而且我们可以看到,其中 V0 、 V2 、V3 都是重复的顶点,显得有点冗余。

那么有没有更简单的方式,可以让我们复用之前的顶点呢?答案是肯定的。

在 OpenGL ES 中,对于三角形有 3 种绘制模式。在给定的顶点数组相同的情况下,可以指定我们想要的连接方式。如下图所示:

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1、GL_TRIANGLES

GL_TRIANGLES 就是我们一开始说的方式,没有复用顶点,以每三个顶点绘制一个三角形。第一个三角形使用 V0 、 V1 、V2 ,第二个使用 V3 、 V4 、V5 ,以此类推。如果顶点的个数不是 3 的倍数,那么最后的 1 个或者 2 个顶点会被舍弃。

2、GL_TRIANGLE_STRIP

GL_TRIANGLE_STRIP 在绘制三角形的时候,会复用前两个顶点。第一个三角形依然使用 V0 、 V1 、V2 ,第二个则会使用 V1 、 V2 、V3,以此类推。第 n 个会使用 V(n-1) 、 V(n) 、V(n+1) 。

3、GL_TRIANGLE_FAN

GL_TRIANGLE_FAN 在绘制三角形的时候,会复用第一个顶点和前一个顶点。第一个三角形依然使用 V0 、 V1 、V2 ,第二个则会使用 V0 、 V2 、V3,以此类推。第 n 个会使用 V0 、 V(n) 、V(n+1) 。这种方式看上去像是在绕着 V0 画扇形。

二、通过 GLKit 渲染

恭喜你终于看完了枯燥的概念讲解。从这里开始,我们开始会进入实际的例子,用代码来讲解渲染的过程。

在 GLKit 中,苹果爸爸对 OpenGL ES 中的一些操作进行了封装,因此我们使用 GLKit 来渲染会省去一些步骤。

那么好奇的你肯定会问,在「纹理渲染」这件事情上,GLKit 帮我们做了什么呢?

先不着急,等我们讲完第三节中使用 GLSL 渲染的方式,再来回答这个问题。

现在,让我们怀着忐忑又期待的心情,来看看 GLKit 是怎么渲染纹理的。

1、获取顶点数据

定义顶点数据,用一个三维向量来保存 (X, Y, Z) 坐标,用一个二维向量来保存 (U, V) 坐标:

typedef struct {
    GLKVector3 positionCoord; // (X, Y, Z)
    GLKVector2 textureCoord; // (U, V)
} SenceVertex;

初始化顶点数据:

self.vertices = malloc(sizeof(SenceVertex) * 4); // 4 个顶点
    
self.vertices[0] = (SenceVertex){{-1, 1, 0}, {0, 1}}; // 左上角
self.vertices[1] = (SenceVertex){{-1, -1, 0}, {0, 0}}; // 左下角
self.vertices[2] = (SenceVertex){{1, 1, 0}, {1, 1}}; // 右上角
self.vertices[3] = (SenceVertex){{1, -1, 0}, {1, 0}}; // 右下角

退出的时候,记得手动释放内存:

- (void)dealloc {
    // other code ...
    
    if (_vertices) {
        free(_vertices);
        _vertices = nil;
    }
}

2、初始化 GLKView 并设置上下文

// 创建上下文,使用 2.0 版本
EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
    
// 初始化 GLKView
CGRect frame = CGRectMake(0, 100, self.view.frame.size.width, self.view.frame.size.width);
self.glkView = [[GLKView alloc] initWithFrame:frame context:context];
self.glkView.backgroundColor = [UIColor clearColor];
self.glkView.delegate = self;
    
[self.view addSubview:self.glkView];
    
// 设置 glkView 的上下文为当前上下文
[EAGLContext setCurrentContext:self.glkView.context];

3、加载纹理

使用 GLKTextureLoader 来加载纹理,并用 GLKBaseEffect 保存纹理的 ID ,为后面渲染做准备。

NSString *imagePath = [[[NSBundle mainBundle] resourcePath] stringByAppendingPathComponent:@"sample.jpg"];
UIImage *image = [UIImage imageWithContentsOfFile:imagePath]; 

NSDictionary *options = @{GLKTextureLoaderOriginBottomLeft : @(YES)};
GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithCGImage:[image CGImage]
                                                           options:options
                                                             error:NULL];
self.baseEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
self.baseEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;
self.baseEffect.texture2d0.target = textureInfo.target;

因为 OpenGL ES 和 UIKit 的坐标是相反的,所以将 GLKTextureLoaderOriginBottomLeft 设置为 YES ,用来消除两个坐标系之间的差异。

注:这里如果用 imageNamed: 来读取图片,在反复加载相同纹理的时候,会出现上下颠倒的错误。

4、实现 GLKView 的代理方法

在 glkView:drawInRect: 代理方法中,我们要去实现顶点数据和纹理数据的绘制逻辑。 这一步是重点,注意观察「缓存管理的 7 个步骤」的具体用法。

代码如下:

- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect {
    [self.baseEffect prepareToDraw];
    
    // 创建顶点缓存
    GLuint vertexBuffer;
    glGenBuffers(1, &vertexBuffer);  // 步骤一:生成
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);  // 步骤二:绑定
    GLsizeiptr bufferSizeBytes = sizeof(SenceVertex) * 4;
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, bufferSizeBytes, self.vertices, GL_STATIC_DRAW);  // 步骤三:缓存数据
    
    // 设置顶点数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);  // 步骤四:启用或禁用
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(SenceVertex), NULL + offsetof(SenceVertex, positionCoord));  // 步骤五:设置指针
    
    // 设置纹理数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);  // 步骤四:启用或禁用
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(SenceVertex), NULL + offsetof(SenceVertex, textureCoord));  // 步骤五:设置指针
    
    // 开始绘制
    glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);  // 步骤六:绘图
    
    // 删除顶点缓存
    glDeleteBuffers(1, &vertexBuffer);  // 步骤七:删除
    vertexBuffer = 0;
}

5、开始绘制

我们调用 GLKView 的 display 方法,即可以触发 glkView:drawInRect: 回调,开始渲染的逻辑。

代码如下:

[self.glkView display];

至此,使用 GLKit 实现纹理渲染的过程就介绍完毕了。

是不是觉得意犹未尽,那就赶快进入下一节,了解如何直接通过 GLSL 编写的着色器来渲染纹理。

三、通过 GLSL 渲染

在这一小节,我们会讲解在不使用 GLKit 的情况下,怎么实现纹理渲染。我们会着重介绍与 GLKit 渲染不同的部分。

注:大家实际去查看 demo 的时候,会发现还是有引入 <GLKit/GLKit.h> 这个头文件。这里主要是为了使用 GLKVector3 、 GLKVector2 这两个类型,当然不使用也是完全可以的。目的是为了和 GLKit 的例子保持数据格式的一致,方便大家把注意力放在两者真正差异的部分。

1、着色器编写

首先,我们需要自己编写着色器,包括顶点着色器和片段着色器,使用的语言是 GLSL 。这里对于 GLSL 就不展开讲了,只解释一下我们等下会用到的部分,更详细的语法内容,可以参见 这里

新建一个文件,一般顶点着色器用后缀 .vsh ,片段着色器用后缀 .fsh (当然你不喜欢这么命名也可以,但是为了方便其他人阅读,最好是还是按照这个规范来),然后就可以写代码了。

顶点着色器的代码如下:

attribute vec4 Position;
attribute vec2 TextureCoords;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main (void) {
    gl_Position = Position;
    TextureCoordsVarying = TextureCoords;
}

片段着色器的代码如下:

precision mediump float;

uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main (void) {
    vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsVarying);
    gl_FragColor = vec4(mask.rgb, 1.0);
}

GLSL 是类 C 语言写成,如果学习过 C 语言,上手是很快的。下面对这两个着色器的代码做一下简单的解释。

attribute 修饰符只存在于顶点着色器中,用于储存每个顶点信息的输入,比如这里定义了 Position 和 TextureCoords ,用于接收顶点的位置和纹理信息。

vec4 和 vec2 是数据类型,分别指四维向量和二维向量。

varying 修饰符指顶点着色器的输出,同时也是片段着色器的输入,要求顶点着色器和片段着色器中都同时声明,并完全一致,则在片段着色器中可以获取到顶点着色器中的数据。

gl_Position 和 gl_FragColor 是内置变量,对这两个变量赋值,可以理解为向屏幕输出片段的位置信息和颜色信息。

precision 可以为数据类型指定默认精度, precision mediump float 这一句的意思是将 float 类型的默认精度设置为 mediump 。

uniform 用来保存传递进来的只读值,该值在顶点着色器和片段着色器中都不会被修改。顶点着色器和片段着色器共享了 uniform 变量的命名空间, uniform 变量在全局区声明,同个 uniform 变量在顶点着色器和片段着色器中都能访问到。

sampler2D 是纹理句柄类型,保存传递进来的纹理。

texture2D() 方法可以根据纹理坐标,获取对应的颜色信息。

那么这两段代码的含义就很明确了,顶点着色器将输入的顶点坐标信息直接输出,并将纹理坐标信息传递给片段着色器;片段着色器根据纹理坐标,获取到每个片段的颜色信息,输出到屏幕。

2、纹理的加载

少了 GLKTextureLoader 的相助,我们就只能自己去生成纹理了。生成纹理的步骤比较固定,以下封装成一个方法:

- (GLuint)createTextureWithImage:(UIImage *)image {
    // 将 UIImage 转换为 CGImageRef
    CGImageRef cgImageRef = [image CGImage];
    GLuint width = (GLuint)CGImageGetWidth(cgImageRef);
    GLuint height = (GLuint)CGImageGetHeight(cgImageRef);
    CGRect rect = CGRectMake(0, 0, width, height);
    
    // 绘制图片
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    void *imageData = malloc(width * height * 4);
    CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(imageData, width, height, 8, width * 4, colorSpace, kCGImageAlphaPremultipliedLast | kCGBitmapByteOrder32Big);
    CGContextTranslateCTM(context, 0, height);
    CGContextScaleCTM(context, 1.0f, -1.0f);
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);
    CGContextClearRect(context, rect);
    CGContextDrawImage(context, rect, cgImageRef);

    // 生成纹理
    GLuint textureID;
    glGenTextures(1, &textureID);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, imageData); // 将图片数据写入纹理缓存
    
    // 设置如何把纹素映射成像素
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    
    // 解绑
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    
    // 释放内存
    CGContextRelease(context);
    free(imageData);
    
    return textureID;
}

3、着色器的编译链接

对于写好的着色器,需要我们在程序运行的时候,动态地去编译链接。编译一个着色器的代码也比较固定,这里通过后缀名来区分着色器类型,直接看代码:

- (GLuint)compileShaderWithName:(NSString *)name type:(GLenum)shaderType {
    // 查找 shader 文件
    NSString *shaderPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:name ofType:shaderType == GL_VERTEX_SHADER ? @"vsh" : @"fsh"]; // 根据不同的类型确定后缀名
    NSError *error;
    NSString *shaderString = [NSString stringWithContentsOfFile:shaderPath encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
    if (!shaderString) {
        NSAssert(NO, @"读取shader失败");
        exit(1);
    }
    
    // 创建一个 shader 对象
    GLuint shader = glCreateShader(shaderType);
    
    // 获取 shader 的内容
    const char *shaderStringUTF8 = [shaderString UTF8String];
    int shaderStringLength = (int)[shaderString length];
    glShaderSource(shader, 1, &shaderStringUTF8, &shaderStringLength);
    
    // 编译shader
    glCompileShader(shader);
    
    // 查询 shader 是否编译成功
    GLint compileSuccess;
    glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &compileSuccess);
    if (compileSuccess == GL_FALSE) {
        GLchar messages[256];
        glGetShaderInfoLog(shader, sizeof(messages), 0, &messages[0]);
        NSString *messageString = [NSString stringWithUTF8String:messages];
        NSAssert(NO, @"shader编译失败:%@", messageString);
        exit(1);
    }
    
    return shader;
}

顶点着色器和片段着色器同样都需要经过这个编译的过程,编译完成后,还需要生成一个着色器程序,将这两个着色器链接起来,代码如下:

- (GLuint)programWithShaderName:(NSString *)shaderName {
    // 编译两个着色器
    GLuint vertexShader = [self compileShaderWithName:shaderName type:GL_VERTEX_SHADER];
    GLuint fragmentShader = [self compileShaderWithName:shaderName type:GL_FRAGMENT_SHADER];
    
    // 挂载 shader 到 program 上
    GLuint program = glCreateProgram();
    glAttachShader(program, vertexShader);
    glAttachShader(program, fragmentShader);
    
    // 链接 program
    glLinkProgram(program);
    
    // 检查链接是否成功
    GLint linkSuccess;
    glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &linkSuccess);
    if (linkSuccess == GL_FALSE) {
        GLchar messages[256];
        glGetProgramInfoLog(program, sizeof(messages), 0, &messages[0]);
        NSString *messageString = [NSString stringWithUTF8String:messages];
        NSAssert(NO, @"program链接失败:%@", messageString);
        exit(1);
    }
    return program;
}

这样,我们只要将两个着色器命名统一,按照规范添加后缀名。然后将着色器名称传入这个方法,就可以获得一个编译链接好的着色器程序。

有了着色器程序后,我们就需要往程序中传入数据,首先要获取着色器中定义的变量,具体操作如下:

注:不同类型的变量获取方式不同。

GLuint positionSlot = glGetAttribLocation(program, "Position");
GLuint textureSlot = glGetUniformLocation(program, "Texture");
GLuint textureCoordsSlot = glGetAttribLocation(program, "TextureCoords");

传入生成的纹理 ID:

glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
glUniform1i(textureSlot, 0);

glUniform1i(textureSlot, 0) 的意思是,将 textureSlot 赋值为 0 ,而 0 与 GL_TEXTURE0 对应,这里如果写 1 , glActiveTexture 也要传入 GL_TEXTURE1 才能对应起来。

设置顶点数据:

glEnableVertexAttribArray(positionSlot);
glVertexAttribPointer(positionSlot, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(SenceVertex), NULL + offsetof(SenceVertex, positionCoord));

设置纹理数据:

glEnableVertexAttribArray(textureCoordsSlot);
glVertexAttribPointer(textureCoordsSlot, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(SenceVertex), NULL + offsetof(SenceVertex, textureCoord));

4、Viewport 的设置

在渲染纹理的时候,我们需要指定 Viewport 的尺寸,可以理解为渲染的窗口大小。调用 glViewport 方法来设置:

glViewport(0, 0, self.drawableWidth, self.drawableHeight);
// 获取渲染缓存宽度
- (GLint)drawableWidth {
    GLint backingWidth;
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_WIDTH, &backingWidth);
    
    return backingWidth;
}

// 获取渲染缓存高度
- (GLint)drawableHeight {
    GLint backingHeight;
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT, &backingHeight);
    
    return backingHeight;
}

5、渲染层的绑定

通过以上步骤,我们已经拥有了纹理,以及顶点的位置信息。现在到了最后一步,我们要怎么将缓存与视图关联起来?换句话说,假如屏幕上有两个视图,OpenGL ES 要怎么知道将图像渲染到哪个视图上?

所以我们要进行渲染层绑定。通过 renderbufferStorage:fromDrawable: 来实现:

- (void)bindRenderLayer:(CALayer <EAGLDrawable> *)layer {
    GLuint renderBuffer; // 渲染缓存
    GLuint frameBuffer;  // 帧缓存
    
    // 绑定渲染缓存要输出的 layer
    glGenRenderbuffers(1, &renderBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, renderBuffer);
    [self.context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:layer];
    
    // 将渲染缓存绑定到帧缓存上
    glGenFramebuffers(1, &frameBuffer);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, frameBuffer);
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER,
                              GL_COLOR_ATTACHMENT0,
                              GL_RENDERBUFFER,
                              renderBuffer);
}

以上代码生成了一个帧缓存和一个渲染缓存,并将渲染缓存挂载到帧缓存上,然后设置渲染缓存的输出层为 layer 。

最后,将绑定的渲染缓存呈现到屏幕上:

[self.context presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];

至此,使用 GLSL 渲染纹理的关键步骤就结束了。

最终效果:

从零讲解 iOS 中 OpenGL ES 的纹理渲染

综上所述,我们可以回答第二节的问题了, GLKit 主要帮我们做了以下几个点:

  • 着色器的编写: GLKit 内置了简单的着色器,不用我们自己去编写。
  • 纹理的加载: GLKTextureLoader 封装了一个将 Image 转化为 Texture 的方法。
  • 着色器的编译链接: GLKBaseEffect 内部实现了着色器的编译链接过程,我们在使用过程中基本可以忽略「着色器」这个概念。
  • Viewport 的设置: 在渲染纹理的时候,需要指定 Viewport 的大小, GLKView 在调用 display 方法的时候,会在内部去设置。
  • 渲染层的绑定: GLKView 内部会调用 renderbufferStorage:fromDrawable: 将自身的 layer 设置为渲染缓存的输出层。因此,在调用 display 方法的时候,内部会调用 presentRenderbuffer: 去将渲染缓存呈现到屏幕上。

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