OpenGL Mac环境搭建

什么是OpenGL

一般它被认为是一个API(Application Programming Interface, 应用程序编程接口)，包含了一系列可以操作图形、图像的函数。然而，OpenGL本身并不是一个API，它仅仅是一个由Khronos组织制定并维护的规范

OpenGL英文全称 Open Graphics Library ，是一个开放图形库，定义了一个跨编程语言、跨平台的API规范，它用于生成二维、三维图像。这个接口由近三百五十个不同的函数调用组成，用来从简单的图形比特绘制复杂的三维景象。而另一种程序界面系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用于CAD、虚拟实境、科学可视化程序和电子游戏开发。

实际的OpenGL库的开发者通常是显卡的生产商。你购买的显卡所支持的OpenGL版本都为这个系列的显卡专门开发的。当你使用Apple系统的时候，OpenGL库是由Apple自身维护的。在Linux下，有显卡生产商提供的OpenGL库，也有一些爱好者改编的版本。这也意味着任何时候OpenGL库表现的行为与规范规定的不一致时，基本都是库的开发者留下的bug。
（以上摘自learnopengl）

在我们画出出色的效果之前，首先要做的就是创建一个OpenGL上下文(Context)和一个用于显示的窗口。然而，这些操作在每个系统上都是不一样的，OpenGL有目的地从这些操作抽象(Abstract)出去。这意味着我们不得不自己处理创建窗口，定义OpenGL上下文以及处理用户输入。幸运的是，有一些库已经提供了我们所需的功能，其中一部分是特别针对OpenGL的。这些库节省了我们书写操作系统相关代码的时间，提供给我们一个窗口和上下文用来渲染。最流行的几个库有GLUT，SDL，SFML和GLFW。

我们搭建的使用两个库GLFW和GLEW，我的理解就是他们可以帮我们方便跨平台的开发使用代码。

开源库简介

• GLFW：
  GLFW是一个跨平台的OpenGL应用框架，支持窗口创建，接受输入和事件等功能。

• GLEW：
  GLEW是一个基于OpenGL图形接口的跨平台的C++扩展库。GLEW能自动识别当前平台所支持的全部OpenGL高级扩展涵数。只要包含glew.h头文件，就能使用gl,glu,glext,wgl,glx的全部函数。GLEW支持目前流行的各种操作系统。

Mac Xcode PC应用环境配置

开发环境：MacOs Sierra 10.12.6
开发工具：Xcode 8.3.3

看了网上的一些教程都是在电脑上面运行的，在移动端Android和IOS上面运行的没有那么多，这里配置Xcode的环境可以在看到教程的代码可以直接运行在PC上面看到效果。

配置GLFW和GLEW库

看了几种安装的方式，第一种在GitHub上面下载库的源代码然后使用Cmake编译来安装，这种我感觉有点麻烦，我使用的是使用Homebrew来安装。两种方式最后都是在Mac的usr下面生成C++头文件和库文件。Homebrew的安装过程省略了因为比较简单。

安装命令

brew install glfw
brew install glew

• 两个库安装完成以后如果提示没有link那么就执行link指令link一下

  brew link glfw
  brew link glew

• 得到的如果link失败我看了提示是没有权限读取usr/local/include目录的权限

  使用sudo chmod u+w /usr/local/include 提升一下这个文件为可写

安装完成以后brew把安装包放到了/usr/local/Cellar下面，拷贝安装包link到了/usr/local/include下面，拷贝lib放到了/usr/local/lib下面

Xcode配置

• 打开Perference菜单找到Locations选项，打开CustomPaths选项卡配置如下信息。

Name	Display Name	Path
glew_header	glew_header	/usr/local/Cellar/glew/2.1.0/include
glew_lib	glew_lib	/usr/local/Cellar/glew/2.1.0/lib
glfw_header	glfw_header	/usr/local/Cellar/glfw/3.2.1/include
glfw_lib	glfw_lib	/usr/local/Cellar/glfw/3.2.1/lib

• 创建Xcode command line tool项目，现在C++ 语言在Build Settings 的Header Search Paths里面配置

$(glew_header) $(glfw_header)

在Library Search Paths配置

$(glew_lib) $(glfw_lib)

在项目General中找到Linked Frameworks and libraries 添加OpenGL.framework,libGLEW.2.1.0.dylib,libglfw3.3.2.dylib文件
后面那两个库在Xcode中找不到，点击Finder右键前往文件夹到/usr/local/Cellar/下面的两个安装包的lib下面找到我们要的文件。

配置完成以后在main.cpp中试运行这些代码

#include <iostream>
#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    GLFWwindow* window;
    if (!glfwInit())
        return -1;
    window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);
    if (!window)
    {
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }
    glfwTerminate();
    return 0;
}

运行成功显示一个窗口则一切OK了。

Mac AndroidStudio环境配置

因为本人做Android开发比较多，一些教程的PC实例会转变成为Android手机的实例来看效果。我们没有使用OpenGL的Java提供的API来进行开发学习，直接使用的C++。

开发环境：MacOs Sierra 10.12.6
开发工具：AndroidStudio 2.3.3

AndroidStudio环境配置

首先NDK的东西和Cmake的使用要都弄好，可以看以前的一篇文章NDK配置。我们以后使用实例都是通过cmake来编译C++的代码的。

完成经典的三角形实例

创建一个Android项目，并且勾选C++的支持，我们就可以直接使用模版里面提供的Cmake的使用了，没有勾选支持C++的Android项目见上面的Ndk配置的文章使用Cmake拷贝那些东西过去就可以了。完整的项目代码结构如下：

Android应用层代码构建

• 声明jni函数以及引入c++库文件类TriangleLib

public class TriangleLib {
    static {
        System.loadLibrary("triangle-lib");
    }

    //初始化GLES
    public static native boolean init();

    //设置GLES宽高
    public static native void resize(int wight, int height);

    //绘制三角形
    public static native void drawTriangle();
}

• 创建TriangleView继承自GLSurfaceView。这个View我现在的理解就是链接OpenGL代码和Android显示的一个中介。

public class TriangleView extends GLSurfaceView {
    public TriangleView(Context context) {
        this(context, null);
    }

    public TriangleView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        init();
    }

    private void init() {
        //设置颜色模式为RGB_888,透明度,色度深度为16
        setEGLConfigChooser(8, 8, 8, 0, 16, 0);
        //设置EGL版本为3
        setEGLContextClientVersion(3);
        //创建GLSurfaceView的渲染器，现在不知道具体有啥作用
        setRenderer(new TriangleRender());
    }

    class TriangleRender implements Renderer {

        @Override
        public void onSurfaceCreated(GL10 gl10, EGLConfig eglConfig) {
            TriangleLib.init();
        }

        @Override
        public void onSurfaceChanged(GL10 gl10, int wight, int height) {
            TriangleLib.resize(wight, height);
        }

        @Override
        public void onDrawFrame(GL10 gl10) {
            TriangleLib.drawTriangle();
        }
    }

C++底层代码构建

在cpp目录下面建立triangle-lib.cpp文件来写我们的OpenGL代码，这个是我们要重点理解的。

#include <GLES3/gl3.h>
#include <android/log.h>

#define LOG_TAG "TRIANGLE-LIB"
#define ALOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

#include <jni.h>
#include <stdlib.h>

//顶点着色器
static const char VERTEX_SHADER[] =
        "#version 300 es\n"
                "layout(location = 0) in vec4 vPosition;\n"
                "void main(){\n"
                "gl_Position = vPosition;\n"
                "}\n";
//片段着色器
static const char FRAGMENT_SHADER[] =
        "#version 300 es\n"
                "precision mediump float;\n"
                "out vec4 fragColor;\n"
                "void main(){\n"
                "fragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);\n"
                "}\n";
//顶点着色器在标准化设备坐标中的位置
static const GLfloat VERTEX[] = {
        0.0f, 0.5f, 0.0f,
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f, 0.0f
};

bool checkGlError(const char *funcName) {
    GLint err = glGetError();
    if (err != GL_NO_ERROR) {
        ALOGE("GL error after %s(): 0x%08x\n", funcName, err);
        return true;
    }
    return false;
}

//创建Shader
GLuint createShader(GLenum shaderType, const char *src) {
    GLuint shader = glCreateShader(shaderType);
    if (!shader) {
        checkGlError("glCreateShader");
        return 0;
    }
    glShaderSource(shader, 1, &src, NULL);
    GLint compiled = GL_FALSE;
    glCompileShader(shader);
    glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &compiled);
    if (!compiled) {
        GLint infoLogLen = 0;
        glGetShaderiv(shader, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infoLogLen);
        if (infoLogLen > 0) {
            GLchar *infoLog = (GLchar *) malloc(infoLogLen);
            if (infoLog) {
                glGetShaderInfoLog(shader, infoLogLen, NULL, infoLog);
                ALOGE("Could not compile %s shader:\n%s\n",
                      shaderType == GL_VERTEX_SHADER ? "vertex" : "fragment",
                      infoLog);
                free(infoLog);
            }
        }
        glDeleteShader(shader);
        return 0;
    }
    return shader;
}

//创建着色器应用
GLuint createProgram(const char *vtxSrc, const char *fragSrc) {
    GLuint vtxShader = 0;
    GLuint fragShader = 0;
    GLuint program = 0;
    GLint linked = GL_FALSE;
    vtxShader = createShader(GL_VERTEX_SHADER, vtxSrc);
    if (!vtxShader)
        goto exit;
    fragShader = createShader(GL_FRAGMENT_SHADER, fragSrc);
    if (!fragShader)
        goto exit;
    program = glCreateProgram();
    if (!program) {
        checkGlError("glCreateProgram");
        goto exit;
    }
    glAttachShader(program, vtxShader);
    glAttachShader(program, fragShader);
    glLinkProgram(program);
    glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &linked);
    if (!linked) {
        ALOGE("Could not link program");
        GLint infoLogLen = 0;
        glGetProgramiv(program, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infoLogLen);
        if (infoLogLen) {
            GLchar *infoLog = (GLchar *) malloc(infoLogLen);
            if (infoLog) {
                glGetProgramInfoLog(program, infoLogLen, NULL, infoLog);
                ALOGE("Could not link program:\n%s\n", infoLog);
                free(infoLog);
            }
        }
        glDeleteProgram(program);
        program = 0;
    }
    exit:
    glDeleteShader(vtxShader);
    glDeleteShader(fragShader);
    return program;
}

GLuint program;


extern "C" {
JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_com_lyman_hellotriangle_lib_TriangleLib_init(JNIEnv *env, jobject obj);
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_lyman_hellotriangle_lib_TriangleLib_resize(JNIEnv *env, jobject obj, jint width,
                                                    jint height);
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_lyman_hellotriangle_lib_TriangleLib_drawTriangle(JNIEnv *env, jobject obj);
}

JNIEXPORT jboolean JNICALL
Java_com_lyman_hellotriangle_lib_TriangleLib_init(JNIEnv *env, jobject obj) {
    program = createProgram(VERTEX_SHADER, FRAGMENT_SHADER);
    if (!program) {
        ALOGE("程序创建失败");
        return JNI_FALSE;
    }
    glClearColor(0, 0, 0, 0);
    return JNI_TRUE;
}

JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_lyman_hellotriangle_lib_TriangleLib_resize(JNIEnv *env, jobject obj, jint width,
                                                    jint height) {
    glViewport(0, 0, width, height);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_lyman_hellotriangle_lib_TriangleLib_drawTriangle(JNIEnv *env, jobject obj) {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glUseProgram(program);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, VERTEX);
    glEnableVertexAttribArray(0);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
}

总结

这个代码看上去很多，也有很多概念要先理解

• Q：什么是着色器？
  A：

• Q：什么是 GLSL
  A：OpenGL着色器使用的是OpenGL着色器语言（OpenGL Shading Language）GLSL写的，以后再了解他的具体写法。

• Q：上述代码的执行步骤总结
  A：
  
  
  这里的每一个步骤具体的我也不知道是干啥，但是先有个大纲就好。

• Q：上述代码步骤本人总结：

  A：声明顶点着色器（它就是我们在手机标准化设备坐标看到的2d画面的三个顶点）和片段着色器（计算每一个像素的最终颜色）的数据；

  创建上面两个着色器；

  创建着色器应用并且把上面两个着色器附加到着色器应用程序上；

  绘制图形；

上面的Android应用层的代码和C++的代码会成为我们以后学习使用OpenGL的一个固定的步骤。

项目完整代码