無論是OpenGL 還是 OpenGL ES 或者 Metal ，本質(zhì)上還是利用GPU來進(jìn)行高效的渲染圖形圖像。
創(chuàng)新互聯(lián)服務(wù)項(xiàng)目包括泗縣網(wǎng)站建設(shè)、泗縣網(wǎng)站制作、泗縣網(wǎng)頁制作以及泗縣網(wǎng)絡(luò)營銷策劃等。多年來，我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、深度合作伙伴關(guān)系等，向廣大中小型企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案，泗縣網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。目前，我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到泗縣省份的部分城市，未來相信會繼續(xù)擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任！
換句話說圖形API，是我們iOS開發(fā)者唯一接近GPU的方式。
首先，“狀態(tài)機(jī)”這個東西是什么，學(xué)過編譯原理的同學(xué)，一定聽過或了解這三個字。 狀態(tài)機(jī)是有限狀態(tài)自動機(jī)的簡稱，是現(xiàn)實(shí)事物運(yùn)行規(guī)則抽象而成的一個數(shù)學(xué)模型。
如果說下圖“自動門”是個狀態(tài)機(jī)，他 記憶 了open和close狀態(tài)，知道自己處在不同狀態(tài)時(shí)，下一步要干什么，是“開門”還是“關(guān)門”。 當(dāng)在close狀態(tài)時(shí)，你 輸入 一個開門的信號，他就會切換成open狀態(tài)
狀態(tài)機(jī)的特點(diǎn)：
回到 OpenGL 狀態(tài)機(jī)：
??作為一個一個iOS底層開發(fā)小白，一直以來對于底層原理，都是一知半解的狀態(tài)，希望從此時(shí)記錄自己學(xué)習(xí)底層知識的過程，也希望對其他開發(fā)中可以有一個好的幫助，因?yàn)樽约嚎雌渌说牟┛蜁r(shí)候，大多數(shù)作者都是基于自己認(rèn)知的前提下，記錄自己的知識，在我看來對于入門的人來說，非常晦澀難懂，所以希望自己的文章，可以更加幫助其他人循序漸進(jìn)的了解更多關(guān)于 iOS 的知識。文章也會盡量一步步的探索更多業(yè)務(wù)開發(fā)之外的東西，對于任何方面的技能，都可以友善的幫助后來的開發(fā)者。文章中有任何錯誤，不恰當(dāng)?shù)牡胤?，歡迎隨時(shí)指正，多多交流才可以共同進(jìn)步。想要學(xué)習(xí) OpenGL 首先需要了解 OpenGL/OpenGL ES/Metal 三者之間的聯(lián)系：
??通俗來講就是， Apple 作為大廠，肯定要發(fā)展自己的底層渲染技術(shù)，所以推出了 Metal ，在推出 Metal 之前，蘋果的底層渲染也是基于 OpenGL/OpenGL ES 的，在 iOS 12.0以后，蘋果摒棄了 OpenGL 的相關(guān) API ，使用 Metal 作為自己的渲染技術(shù)，但是 OpenGL 相關(guān)的 API 依然可以使用，因?yàn)樵?Metal 之前，蘋果提供了非常豐富的關(guān)于使用 OpenGL 相關(guān) API ，類似于蘋果推出了 swift ，但是 OC 依然是自己主流語言一樣。了解了相關(guān)的背景，我們接下來要知道圖形 API 究竟是用來解決什么樣的問題存在的。
?? OpenGL/OpenGL ES/Metal 在任何項(xiàng)目中解決問題的本質(zhì)就是利用 GPU 芯片來高效的渲染圖形圖像。圖形 API 是 iOS 開發(fā)者唯一接近 GPU 的方式。想要了解 OpenGL 就要先學(xué)習(xí)關(guān)于 OpenGL 的專業(yè)名詞，了解了這些，才可以對以后的學(xué)習(xí)，有更加深刻的認(rèn)識。
??狀態(tài)機(jī)在 OpenGL 可以這么理解， OpenGL 可以記錄自己的狀態(tài)（當(dāng)前所使用的顏色、是否開啟了混合功能等），可以接輸入（當(dāng)調(diào)用 OpenGL 函數(shù)的時(shí)候，實(shí)際上可以看成 OpenGL 在接受我們的輸入），如我們調(diào)用 glColor3f ，則 OpenGL 接收到這個輸入后會修改自己的“當(dāng)前顏色”這個狀態(tài)， OpenGL 可以進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，不再接收輸入。在程序退出前， OpenGL 總會先停止工作；
??這里有一個 iOS 中很經(jīng)常聽到的概念， 離屏渲染 ，很多人知道離屏渲染會對 APP 的性能造成較大的開銷，但是卻不知道原理是什么，相信大家了解了上面關(guān)于 OpenGL 關(guān)于交換緩沖區(qū)的概念后，有了一個更清晰的認(rèn)識，即： Off-Screen Rendering 是需要開辟新的緩沖區(qū)的，不停地切換上下文的環(huán)境則是對性能的很大的消耗，所以在 iOS 開發(fā)中，我們應(yīng)當(dāng)盡量的避免離屏渲染。
??在學(xué)習(xí) OpenGL 的過程中，直接非常直觀的掌握并理解這些概念并不是一件容易的事，但是至少需要在入門階段，大致的了解這些概念的意思，然后通過后續(xù)的學(xué)習(xí)，慢慢的鞏固前面學(xué)到的知識，溫故而知新，一步步的打開關(guān)于 iOS 底層渲染知識的大門，學(xué)習(xí)的越來越深入，慢慢的回過頭看以前的知識點(diǎn)的時(shí)候，就會豁然開朗了。
??希望能一步步的記錄自己學(xué)習(xí)的過程，慢慢進(jìn)步，慢慢成長，文章中有任何錯誤的地方，歡迎指正。希望能多多交流，共同進(jìn)步。
簡單來說就是實(shí)現(xiàn)圖形的底層渲染
A. 比如在游戲開發(fā)中，對于游戲場景/游戲人物的渲染
B. 比如在音視頻開發(fā)中，對于視頻解碼后的數(shù)據(jù)渲染
C. 比如在地圖引擎，對于地圖上的數(shù)據(jù)渲染
D. 比如在動畫中，實(shí)現(xiàn)動畫的繪制
E. 比如在視頻處理中，對于視頻加上濾鏡效果
OpenGL/OpenGL ES/Metal 在任何項(xiàng)目中解決問題的本質(zhì)就是利用 GPU 芯片來高效渲染圖形圖像。
圖形 API 是 ios 開發(fā)者唯一接近 GPU 的方式。
OpenGL 階段：
OpenGL ES 階段：
Metal 階段：
固定管線/存儲著?器
頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是由CPU/GPU來處理？
頂點(diǎn)緩存區(qū)：區(qū)域（不在內(nèi)存！-顯卡顯存中。）
片元著色器
像素著色器
片元函數(shù)
GPUImage
[-1,1]標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)系（NDC）
物體/世界/照相機(jī)空間-右手系
規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)：左手系。
x,y,z = 0,1,2
注意OpenGL中坐標(biāo)系 OpenGL中的物體，世界，照相機(jī)坐標(biāo)系都屬于右手坐標(biāo)系，而規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系（NDC）屬于左手坐標(biāo)系。籠統(tǒng)的說OpenGL使用右手坐標(biāo)系是不合適的
OpenGL希望每次頂點(diǎn)著色后，我們的可見頂點(diǎn)都為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)系 （Normalized Device Coordinate, NDC）。也就是說每個頂點(diǎn)的x,y,z都應(yīng)該在-1到1之間，超出這個范圍的頂點(diǎn)將是不可見的。
通常情況下我們會自己設(shè)定一個坐標(biāo)系范圍，之后再在頂點(diǎn)著色器中將這些坐標(biāo)系變換為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)，然后這些標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)傳入光柵器（Rasterizer）,將他們變換為屏幕上的二維坐標(biāo)和像素。
將坐標(biāo)變換為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)，接著再轉(zhuǎn)化為屏幕坐標(biāo)的過程通常是分布進(jìn)行的，也是類似于流水線那樣。在流水線中，物體的頂點(diǎn)在最終轉(zhuǎn)化為屏幕坐標(biāo)之前還會被變換到多個坐標(biāo)系系統(tǒng)（Coordinate System）。將物體的坐標(biāo)變到幾個過渡坐標(biāo)系（Intermediate Coordinate System）的優(yōu)點(diǎn)在于 在這些特定的坐標(biāo)系統(tǒng)中，一些操作或運(yùn)算更加方便和容易，這一點(diǎn)很快就變得明顯。對我們來說比較重要的總共有5個不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。
這是一個頂點(diǎn)在最終被轉(zhuǎn)化為片段之前需要經(jīng)歷的所有不同的狀態(tài)。為了將坐標(biāo)從一個坐標(biāo)系變換到另一個坐標(biāo)系，我們需要用到幾個變換矩陣，最重要的幾個分別是 模型(Model)、觀察(View)、投影(Projection)三個矩陣。
物體頂點(diǎn)的起始坐標(biāo)在局部空間(Local Space)，這里稱為局部坐標(biāo)(Local Coordinate)，他在之后在變成世界坐標(biāo)(World Coordinate),觀察坐標(biāo)(View Coordinate),裁剪坐標(biāo)(Clip Coordinate)，并最后轉(zhuǎn)為屏幕坐標(biāo)(Screen Coordinate)
的形式結(jié)束。
物體坐標(biāo)系： 每個物體都有他獨(dú)立的坐標(biāo)系，當(dāng)物理移動或者改變方向時(shí)。該物體相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系將隨之移動或改變方向。
物體坐標(biāo)系是以物體本身而言，比如，我先向你發(fā)指令，”向前走一步“，是向你的物體坐標(biāo)系發(fā)指令。我并不知道你會往哪個絕對的方向移動。比如說，當(dāng)你開車的時(shí)候，有人會說向左轉(zhuǎn)，有人會說向東。但是，向左轉(zhuǎn)是物體坐標(biāo)系的概念，而向東則是世界坐標(biāo)系概念。
在某種情況下，我們可以理解物體坐標(biāo)系為模型坐標(biāo)系。因?yàn)槟Ｐ晚旤c(diǎn)的坐標(biāo)都是在模型坐標(biāo)系中描述的。
照相機(jī)坐標(biāo)系： 照相機(jī)坐標(biāo)系是和觀察者密切相關(guān)的坐標(biāo)系。照相機(jī)坐標(biāo)系和屏幕坐標(biāo)系相似，差別在于照相機(jī)坐標(biāo)系處于3D空間中，而屏幕坐標(biāo)系在2D平面里。
為什么要引入慣性坐標(biāo)系? 因?yàn)槲矬w坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到慣性坐標(biāo)系只需要旋轉(zhuǎn)，從慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系只需要平移。
OpenGL最終的渲染設(shè)備是2D的，我們需要將3D表示的場景轉(zhuǎn)換為最終的2D形式，前面使用模型變換和視覺變換將物體坐標(biāo)轉(zhuǎn)到照相機(jī)坐標(biāo)系后，需要進(jìn)行投影變換，將坐標(biāo)從照相機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為裁剪坐標(biāo)系，經(jīng)過透視除法后，變換到規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系(NDC),最后進(jìn)行視口變換后，3D坐標(biāo)才變換到屏幕上的2D坐標(biāo)，這個過程入下圖：
在上面的圖中， 注意，OpenGL只定義了裁剪坐標(biāo)系、規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系、屏幕坐標(biāo)系，而局部坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系、照相機(jī)坐標(biāo)系都是為了方便用戶設(shè)計(jì)而自定義的坐標(biāo)系，他們的關(guān)系如下圖：
OpenGL 然后對裁剪坐標(biāo)執(zhí)行透視除法從而將他們變換到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)。 OpenGL 會使用glViewPort內(nèi)部的參數(shù)來將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)映射到屏幕坐標(biāo)，每個坐標(biāo)關(guān)聯(lián)一個屏幕上的點(diǎn)。這個過程稱為視口變換
局部坐標(biāo)系(模型坐標(biāo)系)是為了方便構(gòu)造模型而設(shè)立的坐標(biāo)系，建立模型時(shí)我們無需關(guān)心最終對象顯示在屏幕那個位置。
模型變換的主要目的是通過變換使得用頂點(diǎn)屬性定義或者3d建模軟件構(gòu)造的模型，能夠按照需要，通過縮小、平移等操作放置到場景中合適的位置， 通過模型變換后，物體放置在一個全局的世界坐標(biāo)系中，世界坐標(biāo)系是所有物體交互的一個公共坐標(biāo)系
視變換是為了方便觀察場景中物體而建立的坐標(biāo)系，在這個坐標(biāo)系中相機(jī)是個假設(shè)的概念，是為了便于計(jì)算而引入的。相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，就是從相機(jī)的角度來解釋世界坐標(biāo)系中的位置
OpenGL中相機(jī)始終位于原點(diǎn)，指向 -Z軸，而以相反的方式來調(diào)整場景中物體，從而達(dá)到相同的觀察效果。例如要觀察-Z軸方向的一個立方體的右側(cè)面，可以有兩種方式：
GLShaderManager的初始化
GLShaderManager shaderManager;
shaderManager.InitializeStockShaders();
既然有了 Metal 我們是否還有學(xué)習(xí) OpenGL ES 的必要呢.我個人認(rèn)為暫時(shí)還是有必要的.OpenGL /OpenGL ES/ Metal 在任何項(xiàng)目中解決問題的本質(zhì)就是利用GPU芯片來?效渲染圖形圖像.所以它們底層的原理相近,首先了解OpenGL之后再去了解Metal會更加容易, 其二OpenGL是跨平臺的框架.保不齊以后會在其他的地方用到,所謂技多不壓身.畢竟不可能保證一直都做蘋果開發(fā)吧.
理論枯燥且乏味, 但是我們聯(lián)想一下flutter開發(fā)中用到的context, iOS開發(fā)中CoreGraphics里也有用到context. 是不是此時(shí)心中就有了一定的答案.我個人理解其設(shè)計(jì)模式大同小異. 顧名思義我們能夠通過context拿到很多必要的狀態(tài)和數(shù)據(jù).
比如需要顯示一個正方形, 則需要兩個正等邊三角形圖元來完成
為了讀取效率起見, 提前分配一塊顯存, 將頂點(diǎn)數(shù)組存放在顯存中. 這部分顯存就叫做 頂點(diǎn)緩沖區(qū)
OpenGL渲染的過程中會經(jīng)歷很多節(jié)點(diǎn). 這些節(jié)點(diǎn)串起來就是管線.
常見的著?器主要有: 頂點(diǎn)著?器(VertexShader) , ?段著?器(FragmentShader) , 幾何著?(GeometryShader) , 曲?細(xì)分著?器(TessellationShader)
OpenGL ES 中只?持 頂點(diǎn)著?器 和 片段著?器 .
光柵化就是把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為片元的過程。片元中的每一個元素對應(yīng)于幀緩沖區(qū)中的一個像素。
如果把渲染比作是畫畫, 那么頂點(diǎn)著色器操作相當(dāng)與確定畫的內(nèi)容的框架. 而之后往框架里填充內(nèi)容的過程就是光柵化.
填充好內(nèi)容之后就是片元著色器操作像素點(diǎn)填充顏色等操作
這里附上一張流程圖:
紋理可以理解為圖?。 在渲染圖形時(shí)需要在頂點(diǎn)圍成的區(qū)域中填充圖?，使得場景更加逼真。?這?使?的圖?，就是常說的紋理。只是在OpenGL，我們更加習(xí)慣叫紋理，?不是圖?。
一、搭建開發(fā)環(huán)境
1. 打開Xcode， 新建一個工程
選擇：IOS - Application - Single View Application模板
輸入工程名稱和基本信息，勾選“UseStoryboards”，然后創(chuàng)建
2. 添加必要的框架
在“Build Phases”中，添加三個框架
3. 修改viewController。h
添加 “#import”,并將它修改為繼承"GLKViewController"
4. 修改“view”的類
雙擊“MainStoryboard.storyboard”展開，選擇"view"
然后，在“Identity Inspector"中，將它的類改為”GLKView“
好了，OpenGL的環(huán)境基本上搭建出來了。
二、增加自己代碼
基本上，所有的代碼都是加到ViewController.m文件中
1、添加全局屬性聲明
@interface ViewController ()@property(strong,nonatomic)EAGLContext*
context;@property(strong,nonatomic)GLKBaseEffect* effect;@end@implementation
ViewController@synthesize context, effect;
2、 添加一組頂點(diǎn)數(shù)據(jù)
這是一個正方形頂點(diǎn)數(shù)組。實(shí)際上它是二個三角形接合而成的
GLfloat squareVertexData[48] ={ 0.5f, 0.5f, -0.9f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
1.0f, -0.5f, 0.5f, -0.9f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.5f, -0.5f, -0.9f,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.5f, -0.5f, -0.9f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.9f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, -0.5f, -0.5f, -0.9f, 0.0f,
0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,};
每行頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的排列含義是：
頂點(diǎn)X、頂點(diǎn)Y，頂點(diǎn)Z、法線X、法線Y、法線Z、紋理S、紋理T。
在后面解析此數(shù)組時(shí)，將參考此規(guī)則。
頂點(diǎn)位置用于確定在什么地方顯示，法線用于光照模型計(jì)算，紋理則用在貼圖中。
一般約定為“頂點(diǎn)以逆時(shí)針次序出現(xiàn)在屏幕上的面”為“正面”。
世界坐標(biāo)是OpenGL中用來描述場景的坐標(biāo)，Z+軸垂直屏幕向外，X+從左到右，Y+軸從下到上，是右手笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)。我們用這個坐標(biāo)系來描述物體及光源的位置。
三、初始化OpenGL環(huán)境
1、 基本的初始化代碼
在ViewController.m中有個函數(shù)(void)viewDidLoad，它是程序運(yùn)行時(shí)，初始化回調(diào)函數(shù)。在viewDidLoad函數(shù)內(nèi)補(bǔ)充我們自己的初始化代碼。
// 使用“ES2”創(chuàng)建一個“EAGLEContext”實(shí)例 self.context = [[[EAGLContext
alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2]autorelease]; //
將“view”的context設(shè)置為這個“EAGLContext”實(shí)例的引用。并且設(shè)置顏色格式和深度格式。 GLKView* view =
(GLKView*)self.view; view.context = self.context; view.drawableColorFormat =
GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888; view.drawableDepthFormat =
GLKViewDrawableDepthFormat24; //
將此“EAGLContext”實(shí)例設(shè)置為OpenGL的“當(dāng)前激活”的“Context”。這樣，以后所有“GL”的指令均作用在這個“Context”上。隨后，發(fā)送第一個“GL”指令：激活“深度檢測”。
[EAGLContext setCurrentContext:context]; glEnable(GL_DEPTH_TEST); //
創(chuàng)建一個GLK內(nèi)置的“著色效果”，并給它提供一個光源，光的顏色為綠色。 self.effect = [[[GLKBaseEffect
alloc]init]autorelease]; self.effect.light0.enabled = GL_TRUE;
self.effect.light0.diffuseColor = GLKVector4Make(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
2、 運(yùn)行?，F(xiàn)在應(yīng)該是粉紅色屏幕了(目前場景仍是空的)，說明初始化過程沒問題
四、 將項(xiàng)點(diǎn)數(shù)據(jù)寫入能用的頂點(diǎn)屬性存儲區(qū)
1、 寫入過程
首先將數(shù)據(jù)保存進(jìn)GUP的一個緩沖區(qū)中，然后再按一定規(guī)則，將數(shù)據(jù)取出，復(fù)制到各個通用頂點(diǎn)屬性中。
注：如果頂點(diǎn)數(shù)據(jù)只有一種類型(如單純的位置坐標(biāo))，換言之，在讀數(shù)據(jù)時(shí)，不需要確定第一個數(shù)據(jù)的內(nèi)存位置(總是從0開始)，則不必事先保存進(jìn)緩沖區(qū)。
2、 頂點(diǎn)數(shù)組保存進(jìn)緩沖區(qū)
//
聲明一個緩沖區(qū)的標(biāo)識(GLuint類型)讓OpenGL自動分配一個緩沖區(qū)并且返回這個標(biāo)識的值.綁定這個緩沖區(qū)到當(dāng)前“Context”.最后，將我們前面預(yù)先定義的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)“squareVertexData”復(fù)制進(jìn)這個緩沖區(qū)中。
// 注：參數(shù)“GL_STATIC_DRAW”，它表示此緩沖區(qū)內(nèi)容只能被修改一次，但可以無限次讀取。 GLuint buffer;
glGenBuffers(1, buffer); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(squareVertexData), squareVertexData,
GL_STATIC_DRAW);
3、將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制進(jìn)能用頂點(diǎn)屬性中
glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4*8,
(char*)NULL + 0);
首先，激活頂點(diǎn)屬性(默認(rèn)它的關(guān)閉的)?！癎LKVertexAttribPosition”是頂點(diǎn)屬性集中“位置Position”屬性的索引。
頂點(diǎn)屬性集中包含五種屬性：位置、法線、顏色、紋理0，紋理1。
它們的索引值是0到4。
激活后，接下來使用“glVertexAttribPointer”方法填充數(shù)據(jù)。
重慶分公司
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