ios - 使用OpenGL和GLKit在iOS中绘制立方体

Question

我正在按照本教程http://www.opengl-tutorial.org/beginners-tutorials/tutorial-3-matrices/来了解查看的工作原理，但是当我尝试将其应用到我的iOS应用程序时，我遇到了很多麻烦

所以基本上我的理解是:

该模型最初位于原点，相机

也是如此

然后我们使用glm::lookAt将相机移到正确的位置
(在iOS中相当于什么？)

应用投影变换将其从摄影机空间移至同质单位立方体空间

从基本的iOS教程中，我发现投影矩阵的以下计算

float aspect = fabs(self.view.bounds.size.width / self.view.bounds.size.height);
GLKMatrix4 projectionMatrix = GLKMatrix4MakePerspective(GLKMathDegreesToRadians(65.0f), aspect, 0.1f, 100.0f);
_modelViewProjectionMatrix = projectionMatrix;

我真的不明白...例如，他们是如何提出65的？

另一个教程做到了:

glViewport(0, 0, self.view.bounds.size.width,self.view.bounds.size.height);

实现方式:
我当前的应用仅显示蓝屏(基本上是立方体的颜色)
我假设是因为相机当前在原点

我有以下数据集

static const GLfloat cubeVertices[] = {
    -1.0f,-1.0f,-1.0f, // triangle 1 : begin
    -1.0f,-1.0f, 1.0f,
    -1.0f, 1.0f, 1.0f, // triangle 1 : end
    1.0f, 1.0f,-1.0f, // triangle 2 : begin
    -1.0f,-1.0f,-1.0f,
    -1.0f, 1.0f,-1.0f, // triangle 2 : end
    1.0f,-1.0f, 1.0f,
    -1.0f,-1.0f,-1.0f,
    1.0f,-1.0f,-1.0f,
    1.0f, 1.0f,-1.0f,
    1.0f,-1.0f,-1.0f,
    -1.0f,-1.0f,-1.0f,
    -1.0f,-1.0f,-1.0f,
    -1.0f, 1.0f, 1.0f,
    -1.0f, 1.0f,-1.0f,
    1.0f,-1.0f, 1.0f,
    -1.0f,-1.0f, 1.0f,
    -1.0f,-1.0f,-1.0f,
    -1.0f, 1.0f, 1.0f,
    -1.0f,-1.0f, 1.0f,
    1.0f,-1.0f, 1.0f,
    1.0f, 1.0f, 1.0f,
    1.0f,-1.0f,-1.0f,
    1.0f, 1.0f,-1.0f,
    1.0f,-1.0f,-1.0f,
    1.0f, 1.0f, 1.0f,
    1.0f,-1.0f, 1.0f,
    1.0f, 1.0f, 1.0f,
    1.0f, 1.0f,-1.0f,
    -1.0f, 1.0f,-1.0f,
    1.0f, 1.0f, 1.0f,
    -1.0f, 1.0f,-1.0f,
    -1.0f, 1.0f, 1.0f,
    1.0f, 1.0f, 1.0f,
    -1.0f, 1.0f, 1.0f,
    1.0f,-1.0f, 1.0f
};

这是我的设置，非常基本，来自iOS教程

- (void)setupGL {
    [EAGLContext setCurrentContext:self.context];
    [self loadShaders];

    glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(cubeVertices), cubeVertices, GL_STATIC_DRAW);

    glVertexAttribPointer (GLKVertexAttribPosition,
                           3,
                           GL_FLOAT, GL_FALSE,
                           0,
                           BUFFER_OFFSET(0));
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
    //glBindVertexArrayOES(0);
}

还有我的drawInRect和update方法

- (void)update {
    //glViewport(0, 0, self.view.bounds.size.width, self.view.bounds.size.height);
    float aspect = fabs(self.view.bounds.size.width / self.view.bounds.size.height);
    GLKMatrix4 projectionMatrix = GLKMatrix4MakePerspective(GLKMathDegreesToRadians(65.0f), aspect, 0.1f, 100.0f);
    _modelViewProjectionMatrix = projectionMatrix;

}

- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect {
    glClearColor(0.65f, 0.65f, 0.65f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glUseProgram(_program);
    glUniformMatrix4fv(uniforms[UNIFORM_MODELVIEWPROJECTION_MATRIX], 1, 0, _modelViewProjectionMatrix.m);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 12*3);
}

和我的顶点着色器

attribute vec4 position;
uniform mat4 modelViewProjectionMatrix;

void main() {
    gl_Position = modelViewProjectionMatrix * position;
}

和我的片段着色器

void main() {
    gl_FragColor = vec4 (0.165, 0.427, 0.620, 1.0);
}

Answer 1

首先，您需要寻找和缺少的是 GLKMatrix4MakeLookAt。剩下的只是您对更深入的了解感兴趣。

您的假设似乎是正确的，但我认为您无法理解矩阵系统和openGL是如何工作的。您似乎确实了解如何使用它。因此，首先我们通常要看的是3个矩阵分量，然后可以将它们作为乘积插入到着色器中，或者作为每个分量传递给着色器并在那里进行乘法。

第一部分是投影矩阵。此组件反映屏幕上的投影，通常设置为“正交”或“视锥”。 “正交”是正交投影，这意味着无论距离多远，物体都将显示相同的大小。 “视锥”将产生一种效果，根据距离的不同，该效果将使对象显得更大或更小。在您的情况下，您将使用带有便利功能GLKMatrix4MakePerspective的“frustum”。第一个参数描述的是视野，样品中的视场角为65度，第二个参数是应反映屏幕/视图比例的长宽比，最后两个是剪切平面。与“frustum”一起使用的等效项为:

    GLfloat fieldOfView = M_PI_2;
    GLfloat near = .1f;
    GLfloat far = 1000.0f;
    GLfloat screenRatio = 1.0f/2.0f;

    GLfloat right = tanf(fieldOfView)*.5f * near; // half of the tagens of field of view
    GLfloat left = -right; // symetry
    GLfloat top = right*screenRatio; // scale by screen ratio
    GLfloat bottom = -top; // symetry

    GLKMatrix4MakeFrustum(left, right, bottom, top, near, far);

第二个是通常用作“相机”的视图矩阵。要使用此格式，最简单的方法是调用某种形式的“lookAt”，在您的情况下为 GLKMatrix4MakeLookAt。这应该回答您一个问题“iOS中的等效功能是什么？”。

第三个是模型矩阵，它描述对象在坐标系中的位置。通常会使用它，因此您可以将模型放置到所需的位置，设置特定的旋转并根据需要缩放比例。

因此，如何将所有这些矩阵组合在一起，将所有矩阵相乘，并称其为“模型-视图-投影矩阵”。然后，此矩阵用于将每个顶点位置相乘以描述其在屏幕上的投影。
glViewport根本不包含任何内容。此函数将定义要绘制的缓冲区的哪一部分，仅此而已。尝试将所有值都除以一半，然后看看会发生什么(然后再进行其他解释)。

仅从数学角度解释一下发生什么，openGL实现如下:openGL将仅绘制所有轴上方框[-1，1]内的片段(像素)。这意味着没有任何魔法可以覆盖投影，但是顶点位置会被转换，因此正确的值就可以放入其中。

对于 frustum实例，它将采用4个边界值( left， right， top， bottom)， near和far clipping平面。定义此方法是为了将 Z值等于 near的任何顶点位置都转换为-1，并将 Z值等于 far的每个位置都转换为1。所有中间位置都将进行线性插值。至于 X和 Y，它们将根据转换后的 Z值进行缩放，这样对于0处的 Z将按0进行缩放，将 Z处的 near进行1.0缩放，然后其余部分进行线性外推。
lookAt实际上与模型矩阵非常相似，但是相反。如果向后移动相机，则与向前移动对象相同；如果向左旋转，则该对象将显示为向右移动，依此类推...

模型矩阵将使用基本向量和平移简单地变换所有顶点位置。此矩阵的相关部分是顶部3x3部分(即基本向量)和底部(或某些实现中的右边)3x1向量(1x3)，即平移。想象这是在坐标系统内部定义的坐标系统的最简单方法:零值(原点)在矩阵的平移部分，X轴是3x3矩阵的第一行(列)，Y轴是第二行和Z第三。这三个向量的长度表示所关注坐标的比例...所有这些都可以放在一起。