使用 iOS OpenGL ES 实现长腿功能

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雷曼同学
4.3 2019.03.09 17:50* 字数 1622

本文介绍了如何使用 OpenGL ES 来实现长腿功能。学习这个例子可以加深我们对纹理渲染流程的理解。另外,还会着重介绍一下「渲染到纹理」这个新知识点。

警告: 本文属于进阶教程,阅读前请确保已经熟悉 OpenGL ES 纹理渲染的相关概念,否则强行阅读可能导致走火入魔。传送门

注: 下文中的 OpenGL ES 均指代 OpenGL ES 2.0。

一、效果展示

首先来看一下最终的效果,这个功能简单来说,就是实现了图片的局部拉伸,从逻辑上来说并不复杂。

二、思路

1、怎么实现拉伸

我们来回忆一下,我们要渲染一张图片,需要将图片拆分成两个三角形,如下所示:

如果我们想对图片进行拉伸,很简单,只需要修改一下 4 个顶点坐标的 Y 值即可。

那么,如果我们只想对图片中间的部分进行拉伸,应该怎么做呢?

其实答案也很容易想到,我们只需要修改一下图片的拆分方式。如下所示,我们把图片拆分成了 6 个三角形,也可以说是 3 个小矩形。这样,我们只需要对中间的小矩形做拉伸处理就可以了。

2、怎么实现重复调整

我们观察上面的动态效果图,可以看到第二次的压缩操作,是基于第一次的拉伸操作的结果来进行的。因此,在每一步我们都需要拿到上一步的结果,作为原始图,进行再次调整。

这里的「原始图」就是一个纹理。换句话说,我们需要将每一次的调整结果,都重新生成一个纹理,供下次调整的时候使用。

这一步是本文的重点,我们会通过「渲染到纹理」的方式来实现,具体的步骤我们在后面会详细介绍。

三、为什么要使用 OpenGL ES

可能有人会说:你这个功能平平无奇,就算不懂 OpenGL ES,我用其它方式也能实现呀

确实,在 iOS 中,我们绘图一般是使用 CoreGraphics。假设我们使用 CoreGraphics,也按照上面的实现思路,对原图进行拆分绘制,重复调整的时候进行重新拼接,目测也是能实现相同的功能。

但是,由于 CoreGraphics 绘图依赖于 CPU,当我们在调节拉伸区域的时候,需要不断地进行重绘,此时 CPU 的占用必然会暴涨,从而引起卡顿。而使用 OpenGL ES 则不存在这样的问题。

四、实现拉伸逻辑

从上面我们知道,渲染图片我们需要 8 个顶点,而拉伸逻辑的关键就是顶点坐标的计算,在拿到计算结果后再重新渲染。

计算顶点的关键步骤如下:

/**
 根据当前控件的尺寸和纹理的尺寸,计算初始纹理坐标

 @param size 原始纹理尺寸
 @param startY 中间区域的开始纵坐标位置 0~1
 @param endY 中间区域的结束纵坐标位置 0~1
 @param newHeight 新的中间区域的高度
 */
- (void)calculateOriginTextureCoordWithTextureSize:(CGSize)size
                                            startY:(CGFloat)startY
                                              endY:(CGFloat)endY
                                         newHeight:(CGFloat)newHeight {
    CGFloat ratio = (size.height / size.width) *
                    (self.bounds.size.width / self.bounds.size.height);
    CGFloat textureWidth = self.currentTextureWidth;
    CGFloat textureHeight = textureWidth * ratio;
    
    // 拉伸量
    CGFloat delta = (newHeight - (endY -  startY)) * textureHeight;
    
    // 判断是否超出最大值
    if (textureHeight + delta >= 1) {
        delta = 1 - textureHeight;
        newHeight = delta / textureHeight + (endY -  startY);
    }
    
    // 纹理的顶点
    GLKVector3 pointLT = {-textureWidth, textureHeight + delta, 0};  // 左上角
    GLKVector3 pointRT = {textureWidth, textureHeight + delta, 0};  // 右上角
    GLKVector3 pointLB = {-textureWidth, -textureHeight - delta, 0};  // 左下角
    GLKVector3 pointRB = {textureWidth, -textureHeight - delta, 0};  // 右下角
    
    // 中间矩形区域的顶点
    CGFloat startYCoord = MIN(-2 * textureHeight * startY + textureHeight, textureHeight);
    CGFloat endYCoord = MAX(-2 * textureHeight * endY + textureHeight, -textureHeight);
    GLKVector3 centerPointLT = {-textureWidth, startYCoord + delta, 0};  // 左上角
    GLKVector3 centerPointRT = {textureWidth, startYCoord + delta, 0};  // 右上角
    GLKVector3 centerPointLB = {-textureWidth, endYCoord - delta, 0};  // 左下角
    GLKVector3 centerPointRB = {textureWidth, endYCoord - delta, 0};  // 右下角
    
    // 纹理的上面两个顶点
    self.vertices[0].positionCoord = pointLT;
    self.vertices[0].textureCoord = GLKVector2Make(0, 1);
    self.vertices[1].positionCoord = pointRT;
    self.vertices[1].textureCoord = GLKVector2Make(1, 1);
    // 中间区域的4个顶点
    self.vertices[2].positionCoord = centerPointLT;
    self.vertices[2].textureCoord = GLKVector2Make(0, 1 - startY);
    self.vertices[3].positionCoord = centerPointRT;
    self.vertices[3].textureCoord = GLKVector2Make(1, 1 - startY);
    self.vertices[4].positionCoord = centerPointLB;
    self.vertices[4].textureCoord = GLKVector2Make(0, 1 - endY);
    self.vertices[5].positionCoord = centerPointRB;
    self.vertices[5].textureCoord = GLKVector2Make(1, 1 - endY);
    // 纹理的下面两个顶点
    self.vertices[6].positionCoord = pointLB;
    self.vertices[6].textureCoord = GLKVector2Make(0, 0);
    self.vertices[7].positionCoord = pointRB;
    self.vertices[7].textureCoord = GLKVector2Make(1, 0);
}

五、渲染到纹理

上面提到:我们需要将每一次的调整结果,都重新生成一个纹理,供下次调整的时候使用

出于对结果分辨率的考虑,我们不会直接读取当前屏幕渲染结果对应的帧缓存,而是采取「渲染到纹理」的方式,重新生成一个宽度与原图一致的纹理。

这是为什么呢?

假设我们有一张 1000 X 1000 的图片,而屏幕上的控件大小是 100 X 100 ,则纹理渲染到屏幕后,渲染结果对应的渲染缓存的尺寸也是 100 X 100 (暂不考虑屏幕密度)。如果我们这时候直接读取屏幕的渲染结果,最多也只能读到 100 X 100 的分辨率。

这样会导致图片的分辨率下降,所以我们会使用能保持原有分辨率的方式,即「渲染到纹理」。

在这之前,我们都是将纹理直接渲染到屏幕上,关键步骤像这样:

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);

我们生成了一个渲染缓存,并把这个渲染缓存挂载到帧缓存的 GL_COLOR_ATTACHMENT0 颜色缓存上,并通过 context 为当前的渲染缓存绑定了输出的 layer

其实,如果我们不需要在屏幕上显示我们的渲染结果,也可以直接将数据渲染到另一个纹理上。更有趣的是,这个渲染后的结果,还可以被当成一个普通的纹理来使用。这也是我们实现重复调整功能的基础。

具体操作如下:

// 生成帧缓存,挂载渲染缓存
GLuint frameBuffer;
GLuint texture;
    
glGenFramebuffers(1, &frameBuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, frameBuffer);
    
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, newTextureWidth, newTextureHeight, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
    
glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, texture, 0);

通过对比我们可以发现,这里我们用 Texture 来替换 Renderbuffer ,并且同样是挂载到 GL_COLOR_ATTACHMENT0 上,不过这里就不需要另外再绑定 layer 了。

另外,我们需要为新的纹理设置一个尺寸,这个尺寸不再受限于屏幕上控件的尺寸,这也是新纹理可以保持原有分辨率的原因。

这时候,渲染的结果都会被保存在 texture 中,而 texture 也可以被当成普通的纹理来使用。

六、保存结果

当我们调整出满意的图片后,需要把它保存下来。这里分为两步,第一步仍然是上面提到的重新生成纹理,第二步就是把纹理转化为图片

第二步主要通过 glReadPixels 方法来实现,它可以从当前的帧缓存中读取出纹理数据。直接上代码:

// 返回某个纹理对应的 UIImage,调用前先绑定对应的帧缓存
- (UIImage *)imageFromTextureWithWidth:(int)width height:(int)height {
    int size = width * height * 4;
    GLubyte *buffer = malloc(size);
    glReadPixels(0, 0, width, height, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, buffer);
    CGDataProviderRef provider = CGDataProviderCreateWithData(NULL, buffer, size, NULL);
    int bitsPerComponent = 8;
    int bitsPerPixel = 32;
    int bytesPerRow = 4 * width;
    CGColorSpaceRef colorSpaceRef = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    CGBitmapInfo bitmapInfo = kCGBitmapByteOrderDefault;
    CGColorRenderingIntent renderingIntent = kCGRenderingIntentDefault;
    CGImageRef imageRef = CGImageCreate(width, height, bitsPerComponent, bitsPerPixel, bytesPerRow, colorSpaceRef, bitmapInfo, provider, NULL, NO, renderingIntent);
    
    // 此时的 imageRef 是上下颠倒的,调用 CG 的方法重新绘制一遍,刚好翻转过来
    UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(width, height));
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, width, height), imageRef);
    UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    UIGraphicsEndImageContext();
    
    free(buffer);
    return image;
}

至此,我们已经拿到了 UIImage 对象,可以把它保存到相册里了。

源码

请到 GitHub 上查看完整代码。

参考

获取更佳的阅读体验,请访问原文地址【Lyman's Blog】使用 iOS OpenGL ES 实现长腿功能

OpenGL ES
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