《Cocos2d-x高级开发教程》学习笔记 OpenGL部分

10.1 OpenGL简介
一、状态机
OpenGL是一个基于状态的绘图模型，我们把这种模型称为状态机。
为了正确地绘制图形，我们需要把OpenGL设置到合适的状态，然后调用绘图指令
OpenGL把所有的参数作为状态来保存，如果没有设置新的参数，则会一直采用当前的状态来绘图
我们可以把绘图设备人为地分为两个部分："服务器端"，负责具体的绘制渲染；"客户端"，负责向服务器端发送绘图指令
GL_APICALL voidGL_APIENTRY glEnable (GLenum cap); //开启一个状态
GL_APICALL voidGL_APIENTRY glDisable (GLenum cap); //禁止一个状态
二、坐标系
OpenGL使用右手三维坐标系，初始化时，屏幕向右的方向为X方向，屏幕向上的方向为Y方向，由屏幕指向我们的方向为Z方向。
在不对OpenGL做任何设置的时候，初始的坐标系称作世界坐标系。
世界坐标系以屏幕中心为原点（0,0,0）
绘图坐标系，初始化时与世界坐标系重叠，当用glTranslatef()，glScalef(), glRotatef()对当前绘图坐标系进行平移、伸缩、旋转变换之后， 世界坐标系和当前绘图坐标系不再重合。改变以后，再用glVertex3f()等绘图函数绘图时，都是在当前绘图坐标系进行绘图，所有的函数参数也都是相 对当前绘图坐标系来讲的。
三、渲染流水线
过程：显示列表、求值器、顶点装配、像素操作、纹理装配、光栅化和片断操作等；
OpenGL ES 1.0版本采用固定渲染管线；OpenGL从2.0版本开始引入了可编程着色器（shader）。可编程着色器作为原有渲染管线中一些部分的代替品，不仅可以实现原有的渲染功能，还可以自由实现开发者自定义的渲染效果。可编程着色器主要包含顶点着色器和片段着色器，其中前者负责对顶点进行几何变换以及光照计算，后者负责处理光栅化得到的像素以及纹理。
10.1.2 绘图 （三角形带（triangle stripe ）的概念，参考计算机图形学）
1.声明顶点坐标、纹理坐标、颜色三个静态数组，用来构建数据。
2.初始化纹理，CCTextureCache类的addImage方法载入纹理，然后用纹理的属性初始化四个顶点的纹理坐标，再用CCTexture2D保存下来。
3.绘制图片：绑定纹理、设置顶点数组和绘图。
具体参考Fishjoy的例子，例子中绘制的图片会被背景掩盖，解决方法是拉大窗口（程序设置）
10.1.3 矩阵与变换
当我们设置好OpenGL的坐标系，并传入顶点数据后，OpenGL就会通过一系列计算把顶点映射到世界坐标系之中，再把世界坐标系中的点投影到平面上。OpenGL维护了一个当前绘图矩阵，用于表示当前的绘图坐标系。这个矩阵被初始化为单位矩阵，此时绘图坐标系与世界坐标系相同，当我们不断地在绘图矩阵后乘上新的矩阵时，会相应地改变绘图坐标系
cocos2d-x 2.0以后的版本 已经采用OpenGL ES 2.0，放弃了固定的渲染流水线，取而代之的是自定义的各种着色器，引入第三方库Kamzmatah来进行矩阵计算，具体函数参考书中。
 
 
10.2 Cocos2d-x 绘图原理
10.2.1 精灵的绘制
绘制精灵的代码位于引擎源码的"sprite_nodes\CCSprite.cpp"中，分为5个部分：1. 设置OpenGL状态；2. 设置颜色混合模式；3.绑定纹理；4.绘图；5.调试相关处理。
10.2.2渲染树的绘制
Cocos2d-x游戏的层次：导演类CCDirector直接控制渲染树的根节点--场景（CCScene)，场景包含多个层（CCLayer)，层中包含多个精灵（CCSprite）。每一个上述的游戏元素都在渲染树中表示为节点（CCNode），游戏元素的归属关系就转换为了节点间的归属关系，进而形成树结构。visit（）方法绘制一棵渲染树，每个节点需要绘制子节点。
引擎会根据不同的平台设法使系统不断地调用这个方法，从而完成游戏主循环。（mainloop）
visit方法分为4部分：1.进行先行的处理，矩阵圧栈；2.通过transform方法进行一些变换，draw方法不关心纹理绘制的位置，绘制到当前坐标系的原点，所以绘制前需要进行调整。3.递归绘制节点以其子节点；4.恢复，矩阵退栈。
10.2.3 坐标变换
transform，一堆坐标变换的方法。Cocos2d-x使用的一个开源几何计算库Kazmath
10.3TexturePacker与优化
10.3.1绘图瓶颈
因素：1.纹理过小；2.纹理切换次数过多；3.纹理过大；
10.3.2 碎图压缩与精灵框帧
运用TexturePacker将碎图合成一张纹理，并生成一个.plist文件，通过CCSpriteFrameCache::sharedSpriteFrameCache()->addSpriteFramesWithFile("all.plist");加载，即存放在精灵框帧的缓存内。
cannon =CCSprite::createWithSpriteFrameName(cannonPath); //从精灵框帧完成初始化
TexturePacker下载地址：http://www.codeandweb.com/texturepacker/download
10.3.3批量渲染
CCSpriteBatchNode可以一次批量提交所有子节点的绘图请求
10.3.4 色彩深度优化
通过修改颜色深度，降低游戏质量，以达到舒畅运行或者包大小的要求。
11 OpenGL绘图技巧
11.1 自定义绘图
由"CCDrawingPrimitives.h"和对应的cpp文件提供，包括了点、线、多边形、圆形和贝塞尔曲线等最基本的几何图形的绘制，还包括了一些基本的设置，如设置点的大小、绘制的颜色等。
形如ccDrawLine的绘图函数，每次都需要调用OpenGL渲染，效率低，只适用于少量绘制的情况。
11.2 遮罩层
又称为剪刀效果：开启遮罩效果后，一切的绘制提交都是正常渲染的，但最终只有屏幕上的指定区域会被绘制。
 glEnable(GL_SCISSOR_TEST); //启动遮罩效果
glScissor(rect.origin.x,rect.origin.y, rect.size.width, rect.size.height); //设置遮罩效果
glDisable(GL_SCISSOR_TEST);//关闭遮罩效果
例子：表盘的效果，让0到9的数字顺序摆放，连续移动，只显示一个区域，数字依次通过；
11.3 数据交流
CCImage类，加载到内存的纹理图片，纹理以每个像素的颜色值保存在内存之中。
主要提供两个方面的功能：一方面是文件的加载与保存，另一方面是内存缓冲区的读写。
CCTexture2D类：该类所包含的纹理大小必须是2的幂次，只存在于显存中的纹理；
 
文件读写相关的方法： 
boolinitWithImageFile(const char* strPath, EImageFormat imageType = kFmtPng); 
boolinitWithImageFileThreadSafe(const char* fullpath, EImageFormat imageType =kFmtPng); 
bool saveToFile(constchar* pszFilePath, bool bIsToRGB = true); 
getData和getDataLen这两个方法提供了获取当前纹理的缓冲区的功能，而initWithImageData方法提供了使用像素数据初始化图片的功能
 
例子：实现截图功能的方法 glReadPixelsinitWithImageData
使用glReadPixels方法将当前绘图区的像素都读取到了一个内存缓冲区内，然后用这个缓冲区来初始化CCImage并返回
11.4 可编程管线
通过着色器定义每一个顶点或者像素的着色方式，产生更丰富的效果。
1.顶点着色器（vertex shader)
2.段色着色器（fragment shader)
这两个着色器不能单独使用，必须成对出现，这是因为顶点着色器会首先确定每一个显示到屏幕上的顶点的属性，然后这些顶点组成的区域被化分成一系列像素，这些像素的每一个都会调用一次段着色器，最后这些经过处理的像素显示在屏幕上，二者是协同工作的。
 
11.4.2 CCGLPragram
获取着色器程序接口 : const GLuintgetProgram(); 返回当前着色器程序的表示符。
导入着色器程序函数： boolinitWithVertexShaderByteArray(const GLchar* vShaderByteArray,const GLchar*fShaderByteArray);
                                  bool initWithVertexShaderFilename(const char*vShaderFilename, const char* fShaderFilename);
第一个参数均指定了顶点着色器，后一个参数则指定了像素着色器；
 
11.4.3 变量传递
着色器存在两种输入数据，分别被标识为arrtibute和uniform
1.attribute变量是程序直接传递给顶点着色器的，段着色器不能访问，被限制为向量或者标量等简单数据结构；
2.uniform变量是全局性的，支持复杂的数据结构，可以通过uniformblock自定义复杂的数据结构；
以上两种变量的传递都要经过获取位置和设置两步
intglGetUniformLocation(GLuint program, const GLchar* name);//参数是当前绘图程序及需要获取的uniform变量名
对uniform变量的设置存在着一系列以"glUniform"为前缀的函数：例如：voidglUniform1i(GLint location, GLint x);
OpenGL的函数末尾总是紧接着类似“1i”和 “3f”这样的后缀
考虑到内存和显卡间数据交换的开销，引擎在CCGLProgram中进一步封装了一层缓冲机制，记录下每次传递的值，只有在传值不一的时候才真正设置到显卡数据中：
voidCCGLProgram::setUniformLocationWith1i(unsigned int location, GLint i1);
绑定一个attribute变量名到特定的标识符上，这样我们就可以直接通过名称来访问变量了：
voidaddAttribute(const char* attributeName, GLuint index);
根据同一个变量在不同调用间是否一致，可以分为一次性传值与数组传值。这两种传值方式是互斥的，要通过一组函数来切换：
voidglEnableVertexAttribArray(GLuint index);
voidglDisableVertexAttribArray(GLuint index);
没有开启数组传值的attribute变量使用"glVertexAttrib"系列函数传值
开启数组传值的attribute变量则通过以下的接口函数传值：
voidglVertexAttribPointer(GLuint indx, //变量标识符
GLint size, //变量的维数
GLenum type, //组成变量的基本类型
GLboolean normalized,//是否归一化，一般为false
GLsizei stride, //每次取值间隔
const GLvoid* ptr);//数组指针
 
11.5 水纹效果
11.5.2 ShaderNode类
11.5.3uniform变量准备
11.5.4 绘制
11.5.5 添加到场景
 
11.6 CCGrid3D
CCActionGrid3D特殊的动作类，也提供了一个实现水纹效果的波浪效果动作