• 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——OpenGL ES渲染之Shader准备(7)


    Cocos2d-x底层图形绘制是使用OpenGL ES协议的。OpenGL ES是什么呢?

      OpenGL ES(OpenGl for Embedded System)是OpenGL三维图形API的子集,针对手机、Pad和游戏主机等嵌入式设备而设计。该API由Khronos集团定义推广,Khronos是一个图形软硬件行业协会,该协会主要关注图形和多媒体方面的开放标准。OpenGL ES是OpenGL三维图形API的子集,针对手机、Pad和游戏主机等嵌入式设备而设计。Cocos2d-x底层图形渲染使用OpenGL ES2.x新特性可编程着色器(Shader),本文就详细介绍shader的使用流程以及shader程序的保存方式等

      OpenGL ES是从OpenGL剪裁或定制过来了,去除了glBegin/glEnd,四边形(GL_QUADS),多边形(GL_POLYGON)等复杂图元等许多非必要的特性。经过多年发展,现在主要有两个版本,OpenGLES1.x针对固定管线硬件,OpenGL ES2.x针对可编程管线硬件。OpenGL ES1.0是以OpenGL1.3规范为基础的,OpenGL ES1.1是以OpenGL1.5为基础的,他们分别又支持common和commonlite两种profile。OpenGL ES2.0是参照OpenGL2.0规范定义的。

      从Cocos2d-x 2.x版本开始,Cocos2d-x底层图形渲染使用OpenGL ES2.x新特性可编程着色器(Shader),下面首先介绍Shader的使用流程

    xxxxx… //Shader程序

    1、创建着色器对象:glCreateShader

    2、着色器对象关联着色器代码:glShaderSource

    3、把着色器源代码编译成目标代码:glCompileShader

    4、验证着色器是否已经编译通过:glGetShaderiv、glGetShaderInfoLog

    5、创建一个着色器程序:glCreatePragram

    6、把着色器链接到着色器程序中:glAttachShader

    7、链接着色器程序:glLinkProgram

    8、验证着色器程序是否链接成功:glGetProgramiv、glGetProgramInfoLog

    9、使用着色器程序进行定点或片段处理:glUseProgram

    在Cocos2d-x引擎中GLProgramCache类扮演着一个重要的角色 : 初始化和保存Shader程序; 为需要渲染的元素提供需要的Shader程序:

    class CC_DLL GLProgramCache : public Ref  
    {  
    public:  
        /** 
         * @构造函数 
         */  
        GLProgramCache();  
        /** 
         * @析构函数 
         */  
        ~GLProgramCache();  
        
        /** 单例方法 */  
        static GLProgramCache* getInstance();  
        
        /**清除单例*/  
        static void destroyInstance();  
        
        /**加载Shader程序*/  
        void loadDefaultGLPrograms();  
        CC_DEPRECATED_ATTRIBUTE void loadDefaultShaders(){ loadDefaultGLPrograms(); }  
        
        /**重新加载Shader程序 */  
        void reloadDefaultGLPrograms();  
        CC_DEPRECATED_ATTRIBUTE void reloadDefaultShaders(){ reloadDefaultGLPrograms(); }  
        
        /** 使用Key获取Shader程序 
         */  
        GLProgram * getGLProgram(const std::string &key);  
        CC_DEPRECATED_ATTRIBUTE GLProgram * getProgram(conststd::string &key) { return getGLProgram(key); }  
        CC_DEPRECATED_ATTRIBUTE GLProgram * programForKey(conststd::string &key){ return getGLProgram(key); }  
        
        /** 将Shader程序加入GLProgramCache单例中 */  
        void addGLProgram(GLProgram* program, conststd::string &key);  
        CC_DEPRECATED_ATTRIBUTE void addProgram(GLProgram*program, const std::string &key) { addGLProgram(program, key); }  
        
    private:  
        bool init();  
        void loadDefaultGLProgram(GLProgram *program,int type);  
        
        //使用字典programs保存所有的Shader程序  
        std::unordered_map<std::string, GLProgram*> _programs;  
    };

    下面为单例方法getInstance:

    static GLProgramCache *_sharedGLProgramCache = 0;  
    GLProgramCache *GLProgramCache::getInstance()  
    {  
        if (!_sharedGLProgramCache) {  
            _sharedGLProgramCache = new GLProgramCache();  
            if (!_sharedGLProgramCache->init())  
            {  
                CC_SAFE_DELETE(_sharedGLProgramCache);  
            }  
        }  
        return _sharedGLProgramCache;  
    }

    1、  第一次调用GLProgramCache::getInstance()方法时会new一个GLProgramCache实例

    2、  初始化GLProgramCache实例

    3、  方法单例_sharedGLProgramCache 

    下面为GLProgramCache的init方法:

    bool GLProgramCache::init()  
    {     
        loadDefaultGLPrograms();  
        return true;  
    }  
    void GLProgramCache::loadDefaultGLPrograms()  
    {  
        GLProgram *p = new GLProgram();  
        loadDefaultGLProgram(p, kShaderType_PositionTextureColor);
      _programs.insert( std::make_pair( GLProgram::SHADER_NAME_POSITION_TEXTURE_COLOR, p)); …… }

    1、在GLProgramCache::init中会调用加载Shader方法loadDefaultGLPrograms

    2、在loadDefaultGLPrograms方法中首先会创建一个GLProgram对象

    3、将对应名称的Shader加载到GLProgram对象中

    4、将GLProgram对象插入到字典_programs中

    在loadDefaultGLProgram方法中:

    void GLProgramCache::loadDefaultGLProgram(GLProgram *p, int type)  
    {  
        switch (type) {  
            case kShaderType_PositionTextureColor:  
                p->initWithByteArrays(ccPositionTextureColor_vert,ccPositionTextureColor_frag);  
                break;  
            ………  
            default:  
                CCLOG("cocos2d: %s:%d, errorshader type", __FUNCTION__, __LINE__);  
                return;  
        }  
          
        p->link();  
        p->updateUniforms();  
          
        CHECK_GL_ERROR_DEBUG();  
    }

    1、 根据GLProgram类型使用对应的shader程序初始化GLProgram;在initWithByteArrays中,会将上述Shader使用流程中1-6不走执行

    2、 链接Program

    3、 获取该Program中的一些Uniform变量,供后续使用

    下面看一下Cocos2d-x中Shader程序的保存方式

    在cocos2dcocos endererccShaders.cpp中:

    #include "ccShader_Position_uColor.frag"  
    #include "ccShader_Position_uColor.vert"  
    ……

    ccShader_Position_uColor.vert文件:

    const char* ccPosition_uColor_vert = STRINGIFY(  
        
    attribute vec4 a_position;  
    uniform vec4 u_color;  
    uniform float u_pointSize;  
        
    
    #ifdef GL_ES
      
    varying lowp vec4 v_fragmentColor;  
    
    #else
      
    varying vec4 v_fragmentColor;  
    
    #endif
      
        
    void main()  
    {  
        gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position;  
        gl_PointSize = u_pointSize;  
        v_fragmentColor = u_color;  
    }  
    );

    这里定义了ccPosition_uColor_vert变量,该顶点着色器的功能是使用矩阵计算OpenGL中顶点的位置;

    ccShader_Position_uColor.frag文件:

    const char* ccPosition_uColor_frag = STRINGIFY(  
        
    
    #ifdef GL_ES
      
    precision lowp float;  
    
    #endif
      
      
    varying vec4 v_fragmentColor;  
        
    void main()  
    {  
        gl_FragColor = v_fragmentColor;  
    }  
    );

    这里定义了ccPosition_uColor_frag变量,该片段Shader的功能就是设置顶点的颜色;

    上面两段Shader程序会以字符串的形式传入initWithByteArrays方法中,下面为initWithByteArrays方法:

    boolGLProgram::initWithByteArrays(const GLchar* vShaderByteArray, const GLchar* fShaderByteArray)  
    {  
        ……
      //Windows平台单独设定 _program = glCreateProgram(); CHECK_GL_ERROR_DEBUG(); _vertShader = _fragShader = 0; if (vShaderByteArray) { if (!compileShader(&_vertShader, GL_VERTEX_SHADER, vShaderByteArray)) { CCLOG("cocos2d: ERROR: Failedto compile vertex shader"); return false; } } // Create and compile fragment shader if (fShaderByteArray) { if (!compileShader(&_fragShader, GL_FRAGMENT_SHADER,fShaderByteArray)) { CCLOG("cocos2d: ERROR: Failedto compile fragment shader"); return false; } } if (_vertShader) { glAttachShader(_program, _vertShader); } CHECK_GL_ERROR_DEBUG(); if (_fragShader) { glAttachShader(_program, _fragShader); } _hashForUniforms = nullptr; CHECK_GL_ERROR_DEBUG(); ……//Windows平台单独设定 return true; }

    1、如果顶点Shader不为空,编译顶点Shader

    2、如果片段Shader不为空,编译片段Shader

    3、将program和顶点Shader绑定

    4、将program和片段Shader绑定

    在compileShader方法中:

    boolGLProgram::compileShader(GLuint * shader, GLenum type, const GLchar* source)  
    {  
        GLint status;  
        if (!source)  return false;     
      
    const GLchar *sources[] = {    ……
        
    //特殊平台需要的Uniform变量 "uniform mat4 CC_PMatrix; " "uniform mat4 CC_MVMatrix; " "uniform mat4CC_MVPMatrix; " "uniform vec4 CC_Time; " "uniform vec4 CC_SinTime; " "uniform vec4 CC_CosTime; " "uniform vec4 CC_Random01; " "uniform sampler2DCC_Texture0; " "uniform sampler2DCC_Texture1; " "uniform sampler2DCC_Texture2; " "uniform sampler2DCC_Texture3; " "//CC INCLUDES END ", source, }; *shader = glCreateShader(type); glShaderSource(*shader, sizeof(sources)/sizeof(*sources),sources, nullptr); glCompileShader(*shader); glGetShaderiv(*shader, GL_COMPILE_STATUS, &status); // 验证编译是否成功
      if (! status) { GLsizei length; glGetShaderiv(*shader, GL_SHADER_SOURCE_LENGTH,&length); GLchar* src = (GLchar *)malloc(sizeof(GLchar)* length); glGetShaderSource(*shader, length, nullptr,src); CCLOG("cocos2d: ERROR: Failed tocompile shader: %s", src); if (type == GL_VERTEX_SHADER) CCLOG("cocos2d: %s", getVertexShaderLog().c_str()); else CCLOG("cocos2d: %s", getFragmentShaderLog().c_str()); free(src); return false;; } return (status == GL_TRUE); }

    1、在Shader程序字符串之前加入Shader执行时可能需要的Uniform变量,形成新的字符串

    2、执行上述Shader使用流程中步骤1-3

    3、验证该Shader有没有编译成功

    此时Cocos2d-x中需要使用到的Shader程序都已经准备好了,如何使用后面会继续讲述;对OpenGL Shader(GLSL)不是很了解的同学可以查询一下这方面的资料。

    来源网址:http://blog.csdn.net/xinchuantao/article/details/40108753

     

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