iOS OpenGL ES 学习笔记（二）

iOS OpenGL ES 学习笔记（一）介绍了OpenGL的基本工作流程，知道了这些基础知识，就可以开始写Demo了，第一个demo跟教程上的一样，绘制一个三角形，不过它是在PC上用C++写，这里是在iOS平台上写。
完成的代码在这里：代码

先用GLKit完成一个最简单的版本，之后再用纯OpenGL的方法完成一个一模一样的效果。

1）我们需要一个OpenGL的content（上下文），前面已经说过了，OpenGL自身是一个巨大的状态机，OpenGL的状态称为content，所以第一步就是要创建这个context

//1
self.context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
[EAGLContext setCurrentContext:self.context];

创建好了还需要将其设置为 currentContext。

2）我们需要一个的view，用来显示我们绘制的结果，

//2
self.glkView = [[GLKView alloc] initWithFrame:self.view.bounds context:self.context];
self.glkView.delegate = self;
[self.view addSubview:self.glkView];

GLKView是苹果封装的专门用来显示OpenGL绘制结果的view，现在知道这个就够了；
它的初始化需要用到第一步创建的context，然后将其delegate设置为self，等一下再实现它的delegate方法；

3）输入顶点数据

这一部分直接看https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/04%20Hello%20Triangle/ 的顶点输入部分即可。摘抄如下：

开始绘制图形之前，我们必须先给OpenGL输入一些顶点数据。OpenGL是一个3D图形库，所以我们在OpenGL中指定的所有坐标都是3D坐标（x、y和z）。OpenGL不是简单地把所有的3D坐标变换为屏幕上的2D像素；OpenGL仅当3D坐标在3个轴（x、y和z）上都为-1.0到1.0的范围内时才处理它。所有在所谓的标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates)范围内的坐标才会最终呈现在屏幕上（在这个范围以外的坐标都不会显示）。

由于我们希望渲染一个三角形，我们一共要指定三个顶点，每个顶点都有一个3D位置。我们会将它们以标准化设备坐标的形式（OpenGL的可见区域）定义为一个float数组。
 float vertices[] =  {
   -0.5f, -0.5f, 0.0f,
   0.5f, -0.5f, 0.0f,
   0.0f,  0.5f, 0.0f
};
由于OpenGL是在3D空间中工作的，而我们渲染的是一个2D三角形，我们将它顶点的z坐标设置为0.0。这样子的话三角形每一点的深度(通常深度可以理解为z坐标，它代表一个像素在空间中和你的距离，如果离你远就可能被别的像素遮挡，你就看不到它了，它会被丢弃，以节省资源。)都是一样的，从而使它看上去像是2D的。

标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)

一旦你的顶点坐标已经在顶点着色器中处理过，它们就应该是标准化设备坐标了，标准化设备坐标是一个x、y和z值在-1.0到1.0的一小段空间。任何落在范围外的坐标都会被丢弃/裁剪，不会显示在你的屏幕上。下面你会看到我们定义的在标准化设备坐标中的三角形(忽略z轴)：

image.png

与通常的屏幕坐标不同，y轴正方向为向上，(0, 0)坐标是这个图像的中心，而不是左上角。最终你希望所有(变换过的)坐标都在这个坐标空间中，否则它们就不可见了。
你的标准化设备坐标接着会变换为屏幕空间坐标(Screen-space Coordinates)，这是使用你通过glViewport函数提供的数据，进行视口变换(Viewport Transform)完成的。所得的屏幕空间坐标又会被变换为片段输入到片段着色器中。

定义这样的顶点数据以后，我们会把它作为输入发送给图形渲染管线的第一个处理阶段：顶点着色器。它会在GPU上创建内存用于储存我们的顶点数据，还要配置OpenGL如何解释这些内存，并且指定其如何发送给显卡。顶点着色器接着会处理我们在内存中指定数量的顶点。

我们通过顶点缓冲对象(Vertex Buffer Objects, VBO)管理这个内存，它会在GPU内存（通常被称为显存）中储存大量顶点。使用这些缓冲对象的好处是我们可以一次性的发送一大批数据到显卡上，而不是每个顶点发送一次。从CPU把数据发送到显卡相对较慢，所以只要可能我们都要尝试尽量一次性发送尽可能多的数据。当数据发送至显卡的内存中后，顶点着色器几乎能立即访问顶点，这是个非常快的过程。

顶点缓冲对象是我们在OpenGL教程中第一个出现的OpenGL对象。就像OpenGL中的其它对象一样，这个缓冲有一个独一无二的ID，所以我们可以使用glGenBuffers函数和一个缓冲ID生成一个VBO对象：
unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);
OpenGL有很多缓冲对象类型，顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER。OpenGL允许我们同时绑定多个缓冲，只要它们是不同的缓冲类型。我们可以使用glBindBuffer函数把新创建的缓冲绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上：
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
从这一刻起，我们使用的任何（在GL_ARRAY_BUFFER目标上的）缓冲调用都会用来配置当前绑定的缓冲(VBO)。然后我们可以调用glBufferData函数，它会把之前定义的顶点数据复制到缓冲的内存中：
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
glBufferData是一个专门用来把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲的函数。它的第一个参数是目标缓冲的类型：顶点缓冲对象当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上。第二个参数指定传输数据的大小(以字节为单位)；用一个简单的sizeof计算出顶点数据大小就行。第三个参数是我们希望发送的实际数据。

第四个参数指定了我们希望显卡如何管理给定的数据。它有三种形式：

GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变。

GL_DYNAMIC_DRAW：数据会被改变很多。

GL_STREAM_DRAW ：数据每次绘制时都会改变。

三角形的位置数据不会改变，每次渲染调用时都保持原样，所以它的使用类型最好是GL_STATIC_DRAW。如果，比如说一个缓冲中的数据将频繁被改变，那么使用的类型就是GL_DYNAMIC_DRAW或GL_STREAM_DRAW，这样就能确保显卡把数据放在能够高速写入的内存部分。

再iOS中代码几乎完全一样

//3
const GLfloat vertexArray[] = {
    0.0,  0.5,  0.0,
    -0.5, -0.5, 0,
    0.5,  -0.5, 0
};

GLuint vbo;
glGenBuffers(1, &vbo);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertexArray), vertexArray, GL_STATIC_DRAW);

4）配置顶点着色器与片段着色器

前面说过了OpenGL没有默认的顶点着色器与片段着色器，但是GLKit为我们封装了GLKBaseEffect来实现最简单的顶点着色器和片段着色器，

//4
self.effect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
//    self.effect.constantColor = GLKVector4Make(0, 0, 1, 1);

OpenGL使用思维向量表示颜色，GLKBaseEffect默认使用纯白色，默认采用RGBA的格式，如果想用蓝色，用GLKVector4Make(0, 0, 1, 1)即可。

5）链接顶点属性

这一部分也是直接看https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/04%20Hello%20Triangle/ 的链接顶点属性部分即可，摘抄如下：

顶点着色器允许我们指定任何以顶点属性为形式的输入。这使其具有很强的灵活性的同时，它还的确意味着我们必须手动指定输入数据的哪一个部分对应顶点着色器的哪一个顶点属性。所以，我们必须在渲染前指定OpenGL该如何解释顶点数据。
我们的顶点缓冲数据会被解析为下面这样子：

image.png

位置数据被储存为32位（4字节）浮点值。

每个位置包含3个这样的值。

在这3个值之间没有空隙（或其他值）。这几个值在数组中紧密排列(Tightly Packed)。

数据中第一个值在缓冲开始的位置。

有了这些信息我们就可以使用glVertexAttribPointer函数告诉OpenGL该如何解析顶点数据（应用到逐个顶点属性上）了：
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer函数的参数非常多，所以我会逐一介绍它们：

第一个参数指定我们要配置的顶点属性。还记得我们在顶点着色器中使用layout(location = 0)定义了position顶点属性的位置值(Location)吗？它可以把顶点属性的位置值设置为0。因为我们希望把数据传递到这一个顶点属性中，所以这里我们传入0。

第二个参数指定顶点属性的大小。顶点属性是一个vec3，它由3个值组成，所以大小是3。

第三个参数指定数据的类型，这里是GL_FLOAT(GLSL中vec*都是由浮点数值组成的)。

下个参数定义我们是否希望数据被标准化(Normalize)。如果我们设置为GL_TRUE，所有数据都会被映射到0（对于有符号型signed数据是-1）到1之间。我们把它设置为GL_FALSE。

第五个参数叫做步长(Stride)，它告诉我们在连续的顶点属性组之间的间隔。由于下个组位置数据在3个float之后，我们把步长设置为3 * sizeof(float)。要注意的是由于我们知道这个数组是紧密排列的（在两个顶点属性之间没有空隙）我们也可以设置为0来让OpenGL决定具体步长是多少（只有当数值是紧密排列时才可用）。一旦我们有更多的顶点属性，我们就必须更小心地定义每个顶点属性之间的间隔，我们在后面会看到更多的例子（译注: 这个参数的意思简单说就是从这个属性第二次出现的地方到整个数组0位置之间有多少字节）。

最后一个参数的类型是void*，所以需要我们进行这个奇怪的强制类型转换。它表示位置数据在缓冲中起始位置的偏移量(Offset)。由于位置数据在数组的开头，所以这里是0。我们会在后面详细解释这个参数。

现在我们已经定义了OpenGL该如何解释顶点数据，我们现在应该使用glEnableVertexAttribArray，以顶点属性位置值作为参数，启用顶点属性；顶点属性默认是禁用的。

在iOS中代码也是一模一样的

//5
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 3, (GLfloat *)NULL);

6）绘制
实现GLKView的代理方法即可，

#pragma mark - GLKViewDelegate
- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect {
    //这两句是设置背景颜色
    glClearColor(0.5, 0, 0.5, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); 

    //6    
    [self.effect prepareToDraw];
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
}

Run，期待的三角形出现了！！！