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[转载]Xcode创建的默认iOS OpenGL ES 2.0 project代码分析

2013-02-07 17:42 447 查看
前面iTyran翻译、转载的OpenGL教程都是使用文章作者自己的project,并没有提及默认的工程。默认工程的代码比较多,不利于刚开始初学入门。进过几天的研究,摸清楚了大部分的逻辑,在这与大家共同探讨学习。

工程居于xcode4.2 for iOS5创建,做了部分修改。

下载地址:http://ityran.com/thread-672-1-1.html

预备知识:

完成了从零开始学习OpenGL ESOpenGL ES2.0–Iphone开发指引 的学习。

1.使用GLKView简化OpenGL初始化。

在前面的教程里面,介绍了如何从一个UIView来建立OpenGL工程,里面做了很多初始化工作,比如:创建render buffer 和 frame buffer等。这些重复性的工作,apple提供了一个基础类GLKView给我使用。

在TTAppDelegate.m中初始化了一个TTViewController为rootViewController。


self.viewController = [[[TTViewController alloc]initWithNibName:@"TTViewController" bundle:nil] autorelease];
self.window.rootViewController = self.viewController;


点击TTViewController.xib 我们可以看到它的属性是GLKView,而不是通常的UIView。





TTViewController继承于GLKViewController,GLKViewController在标准viewcontroller函数的基础上添加了OpenGL ES rendering loop相关的函数。

2. EAGLContext初始化

EAGLContext是OpenGL ES RenderingContext的iOS实现。

每个程序有自己的EAGLContext,这保证了各个OpenGL ES程序互不干扰。

在EAGLContext需要在调用任何OpenGL ES api前创建并初始化。

下面的代码在- (void)viewDidLoad函数的最前面。

创建了一个OpenGL ES 2.0的EAGLContext,并设为view的context。


self.context = [[[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2] autorelease];

if (!self.context) {
NSLog(@"Failedto create ES context");
}

GLKView *view = (GLKView *)self.view;
view.context = self.context;
view.drawableDepthFormat =GLKViewDrawableDepthFormat24;



3. setupGL初始化

在解析[self setupGL]前,我们来看下这个工程运行的结果。





2个不同颜色的正方体在旋转,但是这里只有一个顶点法线数组gCubeVertexData。

仔细观察代码,会发现这里有2个着色器,

一个是GLKBaseEffect,为了方便OpenGL ES 1.0转移到2.0的通用着色器。

一个是OpenGL ES 2.0新添加的可编程着色器,使用跨平台的着色语言GLSL

为了方便观察,我在原始代码上加了2个宏来控制打开其中某一个还是两个一起。


#define SHADER_1
#define SHADER_2


从宏块可以方便的看出哪些代码是属于哪个着色器相关的,哪些代码是共用的。

屏蔽某一个宏可以屏蔽某个正方体的显示输出。

回到setupGL,第一行代码是


[EAGLContext setCurrentContext:self.context];


在某个线程调用OpenGL api前,需要设置api作用与哪个context,

这个函数设置当前线程操作的context。

注意:不要多个线程同时操控同一个context。

然后是GLSL着色器初始化,后面再详细分析。


#if defined (SHADER_2)
[selfloadShaders];
#endif


GLKBaseEffect着色器初始化。


#if defined (SHADER_1)
self.effect= [[[GLKBaseEffect alloc] init] autorelease];
self.effect.light0.enabled = GL_TRUE;
self.effect.light0.diffuseColor = GLKVector4Make(1.0f, 0.4f, 0.4f,1.0f);
#endif



最后是顶点数组和法线的初始化。


//在涉及到消隐等情况(可能遮挡),都要开启深度测。
//glEnable(GL_DEPTH_TEST),硬件上打开了深度缓存区,当有新的同样XY坐标的片断到来时,
//比较两者的深度。开启这个选项,在绘制每一帧前需要glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT),后面会看到。
glEnable(GL_DEPTH_TEST);

//这里使用VertexArray Objects加载顶点法线数据。
glGenVertexArraysOES(1, &_vertexArray);
glBindVertexArrayOES(_vertexArray);

glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(gCubeVertexData), gCubeVertexData,GL_STATIC_DRAW);

glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
// GLKVertexAttribPosition顶点属性指针类型:顶点坐标
// 3 一个顶点坐标由几个值来表示,x,y,z
// GL_FLOAT 每个数值的数据类型
//直接使用24并不优雅,24 = sizoef(GLfloat) * 6; 到下一个顶点坐标数据的步长。
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,24, BUFFER_OFFSET(0));
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribNormal);
//直接使用12并不优雅,12 = sizoef(GLfloat) * 3;
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribNormal, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 24,BUFFER_OFFSET(12));

glBindVertexArrayOES(0);
}



关于VertexArray Objects请猛击。

这里我简单画了个关系图,可能更好理解。





4. loadShaders初始化GLSL着色器

与可编程着色器相关的几个函数如下:


- (BOOL)loadShaders;
- (BOOL)compileShader:(GLuint *)shadertype:(GLenum)type file:(NSString *)file;
- (BOOL)linkProgram:(GLuint)prog;
- (BOOL)validateProgram:(GLuint)prog;


validateProgram没有使用,compileShader和linkProgram可以作为公共库函数,不需要修改。

唯一需要根据需求修改的是loadShaders函数。

loadShaders大部分步骤都有英文注释,标准的加载流程:

1.创建程序。

2.创建并编译 顶点着色器和片段着色器。

3.把 顶点着色器和片段着色器 与 程序连接起来。

4.设置 顶点着色器和片段着色器 的输入参数。

5.链接程序。

6.获取 uniform 指针。

注意:这步只能在5成功后才能调用,在linkProgrom前,uniform位置是不确定的。

7.断开 顶点着色器和片段着色器 ,并释放它们。

注意:程序并没释放。

第4步是会变化的部分,第6步为可选。

先来看看Shader.vsh顶点着色器的代码。


// attribute 表示输入参数
//vec4 –4 个浮点数组成的向量
attribute vec4 position;
//vec3 –3 个浮点数组成的向量
attribute vec3 normal;

// varying在顶点着色器里面表示将作为片段着色器的输入。
//lowp表示低精度
varying lowp vec4 colorVarying;

//uniform和attribute一样是输入参数。
//可以简单这样理解,attribute为常量,uniform是变量。
//mat4 – 浮点数的 4X4 矩阵
uniform mat4 modelViewProjectionMatrix;
//mat3 – 浮点数的 3X3 矩阵
uniform mat3 normalMatrix;

void main()
{
vec3eyeNormal = normalize(normalMatrix * normal);
vec3lightPosition = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
vec4diffuseColor = vec4(0.4, 0.4, 1.0, 1.0);

floatnDotVP = max(0.0, dot(eyeNormal, normalize(lightPosition)));

//计算出颜色输出给片段着色器。
colorVarying = diffuseColor * nDotVP;
//gl_Position保存了当前顶点的位置信息
gl_Position= modelViewProjectionMatrix * position;
}



再来看片段着色器代码。


// varying在片段着色器里面表示从顶点着色器传过来的输入参数
//片段着色器不能直接传如参数,只能接收顶点着色器的输出。
varying lowp vec4 colorVarying;

void main()
{
gl_FragColor = colorVarying;
}


我们现在回头再看看loadShaders函数里面的第4步。


glBindAttribLocation(_program, ATTRIB_VERTEX,"position");
glBindAttribLocation(_program, ATTRIB_NORMAL, "normal");


"position"和"normal"与顶点着色器代码里面的两个attribute对应,

分别与setupGL加载的顶点数组里面的顶点和法线数据对应起来。

5.update更新数据

update是一个delegate 方法用来更新数据,不做UI更新。

好吧,这部分是很头痛的矩阵变换,暂时不去分析他的算法(其实是我不懂=,=)。

对于GLKBaseEffect着色器,下面的代码用来更新矩阵。


self.effect.transform.projectionMatrix = projectionMatrix;
self.effect.transform.modelviewMatrix = modelViewMatrix;


而可编程着色器,先保存在下面2个变量中,然后再draw的时候作为输入参数传递给着色器。


_normalMatrix =GLKMatrix3InvertAndTranspose(GLKMatrix4GetMatrix3(modelViewMatrix), NULL);
_modelViewProjectionMatrix =GLKMatrix4Multiply(projectionMatrix, modelViewMatrix);


6.drawInRect输出到屏幕


- (void)glkView:(GLKView *)viewdrawInRect:(CGRect)rect
{
glClearColor(0.65f, 0.65f, 0.65f, 1.0f);
//GL_DEPTH_BUFFER_BIT与前面的glEnable(GL_DEPTH_TEST)对应。
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

//指定Draw使用的顶点数组。
glBindVertexArrayOES(_vertexArray);

#if defined (SHADER_1)
// Renderthe object with GLKit
// prepareToDraw绑定着色器到当前的OpenGL ES context。
[self.effect prepareToDraw];
//画出第一个正方体
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
#endif

#if defined (SHADER_2)
// Renderthe object again with ES2
//绑定着色器到当前的OpenGLES context。
glUseProgram(_program);

//Uniform变量参数输入。
glUniformMatrix4fv(uniforms[UNIFORM_MODELVIEWPROJECTION_MATRIX], 1, 0,_modelViewProjectionMatrix.m);
glUniformMatrix3fv(uniforms[UNIFORM_NORMAL_MATRIX], 1, 0,_normalMatrix.m);

//画出第二个正方体
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
#endif
}


默认工程的不足:

1)顶点数组并没有优化,应使用顶点与索引的方式减少重复点。

参考http://ityran.com/article-5-1.html有关glDrawElements的部分。

2)演示了2种着色器的同时使用,可只选其一来使用。

附:GLSL数据类型

void – 用于没有返回值的函式

bool – 条件类型,其值可以是真或假

int – 带负号整数

float – 浮点数

vec2 – 2 个浮点数组成的向量

vec3 – 3 个浮点数组成的向量

vec4 – 4 个浮点数组成的向量

bvec2 – 2 个布林组成的向量

bvec3 – 3 个布林组成的向量

bvec4 – 4 个布林组成的向量

ivec2 – 2 个整数组成的向量

ivec3 – 3 个整数组成的向量

ivec4 – 4 个整数组成的向量

mat2 – 浮点数的 2X2 矩阵

mat3 – 浮点数的 3X3 矩阵

mat4 – 浮点数的 4X4 矩阵

sampler1D – 用来存取一维纹理的句柄(handle)(或:操作,作名词解。)

sampler2D – 用来存取二维纹理的句柄

sampler3D – 用来存取三维纹理的句柄

samplerCube – 用来存取立方映射纹理的句柄

sampler1Dshadow – 用来存取一维深度纹理的句柄

sampler2Dshadow – 用来存取二维深度纹理的句柄

参考The OpenGL ES Shading Language

下载地址:http://ityran.com/thread-673-1-1.html

参考文献:

OpenGLES Programming Guide for iOS

http://www.khronos.org/opengles/2_X/
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