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cocos2d\cocos\renderer\ccShaders.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; \n#ifdef GL_ES\n varying lowp vec4 v_fragmentColor; \n#else\n varying vec4 v_fragmentColor; \n#endif\n 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( \n#ifdef GL_ES\n precision lowp float; \n#endif\n 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;\n" "uniform mat4 CC_MVMatrix;\n" "uniform mat4CC_MVPMatrix;\n" "uniform vec4 CC_Time;\n" "uniform vec4 CC_SinTime;\n" "uniform vec4 CC_CosTime;\n" "uniform vec4 CC_Random01;\n" "uniform sampler2DCC_Texture0;\n" "uniform sampler2DCC_Texture1;\n" "uniform sampler2DCC_Texture2;\n" "uniform sampler2DCC_Texture3;\n" "//CC INCLUDES END\n\n", 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:\n%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
