学习OpenGL：笔记九

绘制地形

地形模型一般是由NxN的网格构成，网格的点在y轴上的坐标由灰度地形图上相应的颜色决定。颜色越亮，高度越高。颜色每个通道的取值范围可以是0~ 255，通过公式转换，可以很容易的控制生成模型的高度。

生成网格顶点数据

用多个三角带来生成地形。根据单个三角带的的顶点数据的生成规则，计算每个顶点的位置，法线和UV。

计算顶点位置

计算顶点位置之前，我们先要获取到灰度地形图的像素数据。因为我们需要知道指定点的像素颜色。

- (GLubyte *)dataFromImage:(UIImage *)img {
    CGImageRef imageRef = [img CGImage];
    size_t width = CGImageGetWidth(imageRef);
    size_t height = CGImageGetHeight(imageRef);
    GLubyte *textureData = (GLubyte *)malloc(width * height * 4);
    //textureData的内存布局是R，G，B，A，R，G，B，A，R，G，B，A，...不停重复。位置(x,y)的像素数据在偏移量y * 图片宽度 * 4 + x * 4处
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    NSUInteger bytesPerPixel = 4;
    NSUInteger bytesPerRow = bytesPerPixel * width;
    NSUInteger bitsPerComponent = 8;
    
    CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(textureData, width, height,
                                                 bitsPerComponent, bytesPerRow, colorSpace,
                                                 kCGImageAlphaPremultipliedLast | kCGBitmapByteOrder32Big);
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, width, height), imageRef);
    CGContextRelease(context);
    return textureData;
}

 

获取顶点位置

- (GLKVector3)vertexPosition:(int)col row:(int)row buffer:(unsigned char *)buffer bytesPerRow:(size_t)bytesPerRow bytesPerPixel:(size_t)bytesPerPixel {
    long long offset = (int)(row / self.terrainSize.height * self.heightMap.size.height) * bytesPerRow + (int)(col / self.terrainSize.width * self.heightMap.size.width) * bytesPerPixel;
    unsigned char r = buffer[offset];
    GLfloat x = col;
    GLfloat y = r / 255.0 * self.terrainHeight;
    GLfloat z = row;
    return GLKVector3Make(x, y, z);
}

　

计算法线

因为我想给每个顶点指定唯一的法线，所以必须计算出顶点在每个面上的法线之和。在网格上每个顶点最多被4个面共享，也就是顶点的前后左右各有一个顶点。假设这四个顶点是Va,Vb,Vc,Vd，中间的点为Vce，那么第一个面的法线就是(Vb - Vce) 叉乘 (Va - Vce)，以此类推，算出四个法线，相加后归一化，就可以得到最终的法线了。因为边缘的顶点可能只被2或3个面共享，所以需要处理一下这种特殊情况。

- (GLKVector3)vertexNormal:(GLKVector3)position col:(int)col row:(int)row buffer:(unsigned char *)buffer bytesPerRow:(size_t)bytesPerRow bytesPerPixel:(size_t)bytesPerPixel {
    GLKVector3 sides[4]; // 最多四条共享边
    int sideCount = 0;
    // 统计顶点有几条共享边，从而计算法线，GLKVector3CrossProduct就是用作叉乘的方法，两个向量叉乘得出的向量将垂直于它们两个，也就是法向量
    if (col >= 1) {
        //左边有共享边
        GLKVector3 leftPosition = [self vertexPosition:col - 1 row:row buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
        GLKVector3 vectorLeft = GLKVector3Subtract(leftPosition, position);
        sides[sideCount] = vectorLeft;
        sideCount++;
    }
    if (row >= 1) {
        //前面有共享边
        GLKVector3 frontPosition = [self vertexPosition:col row:row - 1 buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
        GLKVector3 vectorFront = GLKVector3Subtract(frontPosition, position);
        sides[sideCount] = vectorFront;
        sideCount++;
    }
    if (col <= self.terrainSize.width - 1) {
        //右边有共享边
        GLKVector3 rightPosition = [self vertexPosition:col + 1 row:row buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
        GLKVector3 vectorRight = GLKVector3Subtract(rightPosition, position);
        sides[sideCount] = vectorRight;
        sideCount++;
    }
    if (row <= self.terrainSize.width - 1) {
        //后面有共享边
        GLKVector3 backPosition = [self vertexPosition:col row:row + 1 buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
        GLKVector3 vectorBack = GLKVector3Subtract(backPosition, position);
        sides[sideCount] = vectorBack;
        sideCount++;
    }
    
    GLKVector3 normal = GLKVector3Make(0, 0, 0);
    for (int i = 0; i < sideCount; ++i) {
        GLKVector3 vec = sides[i];
        if (i == sideCount - 1 && i != 3) {
            continue;
        }
        GLKVector3 vec2 = i == sideCount - 1 ? sides[0] : sides[i + 1];
        normal = GLKVector3Add(normal, GLKVector3CrossProduct(vec2, vec));
    }
    return GLKVector3Normalize(normal);
}

　　

构建地形几何体

获取了位置和法线，就可以很方便的构建几何体了。

- -(void)buildGeometry {
    CGImageRef image = self.heightMap.CGImage;
    size_t bytesPerRow = CGImageGetBytesPerRow(image);
    size_t bitsPerComponent = CGImageGetBitsPerComponent(image);
    size_t bitesPerPixel = CGImageGetBitsPerPixel(image);
    size_t bytesPerPixel = bitesPerPixel / bitsPerComponent;
    UInt8 * buffer = [self dataFromImage:self.heightMap];
    for (int row = 0;row < self.terrainSize.height; ++row) {
        GLGeometry * terrainMeshStrip = [[GLGeometry alloc] initWithGeometryType:GLGeometryTypeTriangleStrip];
        for (int col = 0;col <= self.terrainSize.width; ++col) {
            GLKVector3 position1 = [self vertexPosition:col row:row buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
            GLKVector3 normal1 = [self vertexNormal:position1 col:col row:row buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
            GLVertex vertex1 = GLVertexMake(position1.x, position1.y, position1.z, normal1.x, normal1.y, normal1.z, col / (GLfloat)self.terrainSize.width * 2, row / (GLfloat)self.terrainSize.height * 2);
            [terrainMeshStrip appendVertex:vertex1];
            
            GLKVector3 position2 = [self vertexPosition:col row:row + 1 buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
            GLKVector3 normal2 = [self vertexNormal:position2 col:col row:row + 1 buffer:buffer bytesPerRow:bytesPerRow bytesPerPixel:bytesPerPixel];
            GLVertex vertex2 = GLVertexMake(position2.x, position2.y, position2.z, normal2.x, normal2.y, normal2.z, col / (GLfloat)self.terrainSize.width * 2, (row + 1) / (GLfloat)self.terrainSize.height * 2) ;
            [terrainMeshStrip appendVertex:vertex2];
        }
        [self.terrainMeshStrips addObject:terrainMeshStrip];
    }
    free(buffer);
}

　　

    GLKTextureInfo *grass = [GLKTextureLoader textureWithCGImage:[UIImage imageNamed:@"dirt_01.jpg"].CGImage options:nil error:nil];
    NSError *error;
    GLKTextureInfo *dirt = [GLKTextureLoader textureWithCGImage:[UIImage imageNamed:@"dirt_01.jpg"].CGImage options:nil error:&error];
    glEnable(GL_TEXTURE_2D);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, grass.name);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, dirt.name);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);

在GLKTextureInfo创建后，使用 glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);配置它们支持重复贴图。

dirt_01.jpg

最终效果