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

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 ES 和 OpenGL 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/