OpenGL笔记十一：GLKit初探

前言

期待您移步上篇：OpenGL笔记十：OpenGL ES初探

GLKit 框架概述

GLKit 框架的设计⽬标是为了简化基于OpenGL / OpenGL ES 的应⽤开发。它的出现加快OpenGL ES或OpenGL应⽤程序开发。 使⽤数学库，背景纹理加载，预先创建的着⾊器效果，以及标准视图和视图控制器来实现渲染循环。
GLKit框架提供了功能和类，可以减少创建新的基于着⾊器的应⽤程序所需的⼯作量，或者⽀持依赖早期版本的OpenGL ES或OpenGL提供的固定函数顶点或⽚段处理的现有应⽤程序。

  • GLKView 提供绘制场所(View)
  • GLKViewController(扩展于标准的UIKit 设计模式，⽤于绘制视图内容的管理与呈现)

基本API：

  • 初始化视图
    - (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame context:(EAGLContext *)context;初始化视图。
  • 配置帧缓冲区对象
    drawableColorFormat 颜色缓冲区 的格式
    drawableDepthFormat 深度缓冲区 的格式
    drawableStencilFormat 模板缓冲区 的格式
    drawableMultisample 多重采样缓冲区 的格式
  • 设置帧缓冲区属性宽、高
    drawableHeight 底层缓存区对象的高度（以像素为单位）
    drawableWidth 底层缓存区对象的宽度（以像素为单位）
  • 绘制视图的内容
    context 存储绘制视图内容时使用的 OpenGL ES 上下文状态。
    - (void)bindDrawable 将底层 FrameBuffer 对象绑定到 OpenGL ES
    enableSetNeedsDisplay 布尔值，指定视图是否响应使得视图内容无效的消息。
    - (void)display 立即重绘视图内容。
  • 删除视图 FrameBuffer 对象
    snapshot UIImage 类型，绘制视图内容并将其作为新图像对象返回。
    - (void)deleteDrawable; 删除与视图关联的可绘制对象。
  • GLKViewDelegate 代理方法
    - (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect; 绘制视图内容（必须实现代理）

GLKViewController

GLKViewController 继承 UIViewController，（扩展于标准的 UIKit 设计模式，用于绘制视图内容的管理与呈现）

  • 配置帧速率
    preferredFramesPerSecond 视图控制器调用视图以及更新视图内容的速率，默认为30。
    framesPerSecond 视图控制器调用视图以及更新视图内容的实际速率。
  • 配置 GLKViewController 代理
  • 控制帧更新：
    paused 布尔值，渲染循环是否已暂停。
    pauseOnWillResignActive 布尔值，当前程序重新激活活动状态时视图控制器是否自动暂停渲染循环。
    resumeOnDidBecomeActive 布尔值，当前程序变为活动状态时视图控制是否自动恢复呈现循环。
  • 获取有关 View 的更新信息：
    framesPerSecond 视图控制器自创建以来发送的帧更新数。
    timeSinceFirstResume 视图控制器第一次恢复发送更新事件以来经过的时间量。
    timeSinceLastResume 自上次视图控制器恢复发送更新事件以来更新的时间量。
    timeSinceLastUpdate 自上次视图控制器调用委托方法以及经过的时间量。
    timeSinceLastDraw 自上次视图控制器调用视图 display 方法以来经过的时间量。
  • 实现代理方法
    - (void)glkViewControllerUpdate:(GLKViewController *)controller 处理更新事件
    - (void)glkViewController:(GLKViewController *)controller willPause:(BOOL)pause 暂停/恢复通知

GLKBaseEffect

GLKBaseEffect 是 GLKit 提供的一种简单的光照/着色系统，用于基于着色器 OpenGL 渲染。

  • 命名 Effect：
    label 给 Effect（效果）命名。
  • 配置模型视图转换：
    transform 绑定效果时应用于顶点数据的模型视图，投影和纹理变换。
  • 配置光照效果：
    lightingType 用于计算每个片段的光照策略，GLKLightingType。
typedef NS_ENUM(GLint, GLKLightingType)
{
    GLKLightingTypePerVertex,
    GLKLightingTypePerPixel
} NS_ENUM_AVAILABLE(10_8, 5_0);

GLKLightingTypePerVertex 表示在三⻆形中每个顶点执行光照计算，然后在三⻆形进⾏插值。
GLKLightingTypePerPixel 表示光照计算的输入在三角形内插入，并且在每个⽚段执行光照计算。

  • 配置光照：
    lightModelTwoSided 布尔值，表示为基元的两侧计算光照。
    material 计算渲染图元光照使⽤的材质属性。
    lightModelAmbientColor 环境颜⾊，应⽤效果渲染的所有图元。
    light0，light1，light2 分别为场景中第 1、2、3 个光照属性。
    GLKit 最多就支持3个光照。
  • 配置纹理：
    texture2d0 是 readonly 的，第一个纹理属性。
    texture2d1 是 readonly 的，第二个纹理属性。
    textureOrder 纹理应⽤于渲染图元的顺序。
    ** GLKit 最多就支持2个纹理。** GLKit 的局限性。
  • 配置雾化：
    fog 应用于场景的雾属性。
  • 配置颜色信息：
    colorMaterialEnabled 布尔值，表示计算光照与材质交互时是否使用颜色顶点属性。
    useConstantColor 布尔值，指示是否使用常量颜⾊。
    constantColor 不提供每个顶点颜色数据时使⽤的常量颜⾊。
  • 准备绘制效果：
    - (void) prepareToDraw 准备渲染效果（绘制时同步所有效果更改以保持一致状态）。
    绘制之前必须写。

配置GLKit视图

    //1.初始化上下文&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context是否创建成功
    if (!context) {
        NSLog(@"Create ES context Failed");
    }
    //设置当前上下文
    [EAGLContext setCurrentContext:context];
   //2.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 = GLKViewDrawableColorFormatSRGBA8888;//颜色缓存区
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;//深度缓存区
    view.drawableStencilFormat = GLKViewDrawableStencilFormat8;//模板缓存区
    //启用多重采样
    view.drawableMultisample = GLKViewDrawableMultisample4X;

    //3.设置背景颜色
    glClearColor(1, 1, 1, 1.0);

GLKit 功能

  • 加载纹理
  • 提供⾼性能的数学运算
  • 提供常⻅见的着⾊器
  • 提供视图以及视图控制器

GLKit 纹理加载

GLKTextureInfo 创建OpenGL 纹理信息

  • name：OpenGL 上下⽂中纹理名称
  • target：纹理绑定的⽬标
  • width：加载纹理的宽度
  • height：加载的纹理⾼度
  • textureOrigin：加载纹理中的原点位置
  • alphaState：加载纹理中alpha分量状态
  • containsMipmaps：布尔值，加载的纹理是否包含mip贴图

GLTextureLoader 简化从各种资源⽂件中加载纹理

  • 初始化

- initWithSharegroup:
初始化⼀个新的纹理加载到对象中
- initWithShareContext:
初始化⼀个新的纹理加载对象

  • 从⽂件中加载处理

+ textureWithContentsOfFile:options:errer:
从⽂件加载2D纹理图像并从数据中创建新的纹理
- textureWithContentsOfFile:options:queue:completionHandler:
从⽂件中异步加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理

  • 从URL加载纹理

- textureWithContentsOfURL:options:error:
从URL 加载2D纹理图像并从数据创建新纹理
- textureWithContentsOfURL:options:queue:completionHandler:
从URL异步加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理

  • 从内存中表示创建纹理

+ textureWithContentsOfData:options:errer:
从内存空间加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理
- textureWithContentsOfData:options:queue:completionHandler:
从内存空间异步加载2D纹理图像，并从数据中创建新纹理

  • 从CGImages创建纹理

- textureWithCGImage:options:error:
从Quartz图像加载2D纹理图像并从数据创建新纹理
- textureWithCGImage:options:queue:completionHandler:
从Quartz图像异步加载2D纹理图像，并根据数据创建新纹理

  • 从URL加载多维创建纹理

+ cabeMapWithContentsOfURL:options:errer:
从单个URL加载⽴⽅体贴图纹理图像，并根据数据创建新纹理
- cabeMapWithContentsOfURL:options:queue:completionHandler:
从单个URL异步加载⽴⽅体贴图纹理图像，并根据数据创建新纹理

  • 从⽂件加载多维数据创建纹理

+ cubeMapWithContentsOfFile:options:errer:
从单个⽂件加载⽴⽅体贴图纹理对象，并从数据中创建新纹理
- cubeMapWithContentsOfFile:options:queue:completionHandler:
从单个⽂件异步加载⽴⽅体贴图纹理对象，并从数据中创建新纹理
+ cubeMapWithContentsOfFiles:options:errer:
从⼀系列⽂件中加载⽴⽅体贴图纹理图像，并从数据总创建新纹理
- cubeMapWithContentsOfFiles:options:options:queue:completionHandler:
从⼀系列⽂件异步加载⽴⽅体贴图纹理图像，并从数据中创建新纹理

GLKView 使⽤OpenGL ES 绘制内容的视图默认实现
//初始化视图
GLKView *view = [[GLKView alloc]initWithFrame:<#(CGRect)#> context:<#(nonnull EAGLContext *)#>];
//视图代理
view.delegate = self;
//配置视图创建的渲染缓存区
view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatSRGBA8888;//颜色缓存区
view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;//深度缓存区 view.drawableStencilFormat = GLKViewDrawableStencilFormat8;//模板缓存区
//启用多重采样
view.drawableMultisample = GLKViewDrawableMultisample4X;
//帧缓存区属性(readonly)
view.drawableWidth //底层缓存区对象的宽度(以像素为单位)
view.drawableHeight //底层缓存区对象的⾼度(以像素为单位)
绘制视图的内容

context 绘制视图内容时使⽤的OpenGL ES 上下⽂
- bindDrawable 将底层FrameBuffer 对象绑定到OpenGL ES
enableSetNeedsDisplay Bool，指定视图是否响应使得视图内容⽆效的消息
- display ⽴即重绘视图内容
snapshot 绘制视图内容并将其作为新图像对象返回
- deleteDrawable 删除与视图关联的可绘制对象，删除视图FrameBuffer对象

  • GLKViewDelegate ⽤于GLKView 对象回调⽅法

- glkView:drawInRect: 绘制视图内容 (必须实现代理)

  • 更新

- (void) update 更新视图内容
- (void) glkViewControllerUpdate:

  • 配置帧速率

preferredFramesPerSecond 视图控制器调⽤视图以及更新视图内容的速率
framesPerSencond 视图控制器调⽤视图以及更新其内容的实际速率

  • 控制帧更新

paused Bool，渲染循环是否已暂停
pausedOnWillResignActive Bool，当前程序重新激活活动状态时视图控制器是否⾃动暂停渲染循环
resumeOnDidBecomeActive Bool，当前程序变为活动状态时视图控制是否⾃动恢复呈现循环

  • 获取有关View 更新信息

frameDisplayed 视图控制器⾃创建以来发送的帧更新数
timeSinceFirstResume ⾃视图控制器第⼀次恢复发送更新事件以来经过的时间量

timeSinceLastResume ⾃上次视图控制器恢复发送更新事件以来更新的时间量
timeSinceLastUpdate ⾃上次视图控制器调⽤委托⽅法以及经过的时间量
timeSinceLastDraw ⾃上次视图控制器调⽤视图display ⽅法以来经过的时间量

  • 处理更新事件

glkViewControllerUpdate: 在显示每个帧之前调⽤

  • 暂停/恢复通知

- glkViewController:willPause: 在渲染循环暂停或恢复之前调⽤

GLKBaseEffect

GLKBaseEffect ⼀种简单光照/着⾊系统，⽤于基于着⾊器OpenGL 渲染

  • 配置光照

lightModelTwoSided Bool，表示为基元的两侧计算光照
material 计算渲染图元光照使⽤的材质属性
lightModelAmbientColor 环境颜⾊，应⽤效果渲染的所有图元
light0 场景中第⼀个光照属性
light1 场景中第⼆个光照属性
light2 场景中第三个光照属性

  • 配置纹理

texture2d0 第⼀个纹理属性
texture2d1 第⼆个纹理属性
textureOrder 纹理应⽤于渲染图元的顺序

  • 配置雾化

fog 应⽤于场景的雾属性

  • 配置颜⾊信息

colorMaterialEnable Bool，表示计算光照与材质交互时是否使⽤颜⾊顶点属性
useConstantColor Bool，指示是否使⽤常量颜⾊
constantColor 不提供每个顶点颜⾊数据时使⽤常量颜⾊

  • 准备绘制

- prepareToDraw 准备渲染调用

  • 部分代码：
//(1).创建顶点缓存区标识符ID
GLuint bufferID;
glGenBuffers(1, &bufferID);
//(2).绑定顶点缓存区.(明确作用)
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);
//(3).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);
//3.打开读取通道
 /*
 (1)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. 即使你已经使用glBufferData方法,将顶点数据从内存拷贝到顶点缓存区中(GPU显存中).
所以, 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。 
(2)方法简介
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）
参数列表:
index,指定要修改的顶点属性的索引值,例如 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);

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