Qt移动应用开发（八）：实现跨平台的QML和OpenGL混合渲染

Qt移动应用开发（八）：实现跨平台的QML和OpenGL混合渲染

 

         上一篇文章讲到了利用C++这个桥梁，我们实现了QML和Java的交互。Qt 5大力推崇的QML/JS开发，让轻量、高速开发的QML/JS打头阵，让重量的C++撑腰，差点儿什么技术都可以实现。接下来的这篇文章讲的是我们使用QML。借助Qt库和OpenGL。实现了使用着色器定义OpenGL的渲染方式，为大家呈现混合渲染的效果。

原创文章，反对未声明的引用。

原博客地址：http://blog.csdn.net/gamesdev/article/details/38024327

         本文难度偏大。适合有经验的Qt开发同行学习交流。

         演示程序下载地址：这里

         源码下载地址：这里

         演示程序的截图例如以下（Android）：

         首先我们来看简单的QML代码。本例非常easy。仅仅有一个界面。没有不论什么界面的跳转。我们在前面显示一个矩形，上面写了”您好世界！

”的文字。后面显示的是一个旋转的矩形。依照规定。先显示的内容在最底层显示。于是我们将Cube放在前面，Rectangle放在了后面。

import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.2
import OpenGLCube 1.0Window
{id: rootwidth: Qt.platform.os === "android"? Screen.width: 320height: Qt.platform.os === "android"? Screen.height: 480visible: trueCube{id: cubeanchors.fill: parentParallelAnimation{running: trueNumberAnimation{target: cubeproperty: "rotateAngle"from: 0to: 360duration: 5000}Vector3dAnimation{target: cubeproperty: "axis"from: Qt.vector3d( 0, 1, 0 )to: Qt.vector3d( 1, 0, 0 )duration: 5000}loops: Animation.Infinite}}Rectangle{anchors.centerIn: parentwidth: textField.width * 1.2height: textField.height * 1.5radius: textField.height / 3color: "lightsteelblue"border.color: "white"border.width: 2Text{id: textFieldanchors.centerIn: parenttext: "您好世界！"font.pixelSize: root.width / 20}}
}

我们发现Cube类并非Qt Quick自带的，而是我们自己定义的一个QML模块OpenGLCube。

依照第六篇文章上面的方法，我们通过在C++注冊QML类实现了让QML訪问C++代码。以下是主函数的实现：

#include <QApplication>
#include <QQmlApplicationEngine>
#include "Cube.h"int main( int argc, char** argv )
{QApplication app( argc, argv );qmlRegisterType<Cube>( "OpenGLCube", 1, 0, "Cube" );QQmlApplicationEngine engine;engine.load( QUrl( QStringLiteral( "qrc:///main.qml" ) ) );return app.exec( );
}

         主函数中通过qmlRegisterType函数向QML环境注冊了一个QML类。接下来就是Cube类的定义和实现了。

Cube.h

#ifndef CUBE_H
#define CUBE_H#include <QVector3D>
#include <QMatrix4x4>
#include <QOpenGLFunctions>
#include <QOpenGLBuffer>
#include <QOpenGLShaderProgram>
#include <QQuickItem>
#include <QQuickWindow>#define DECLRARE_Q_PROPERTY( aType, aProperty ) protected:\aType m_ ## aProperty; public:\aType aProperty( void ) { return m_ ## aProperty; } \void set ## aProperty( aType _ ## aProperty ) \{\m_ ## aProperty = _ ## aProperty;\if ( window( ) != Q_NULLPTR )\{\window( )->update( );\}\}class Cube: public QQuickItem
{Q_OBJECTQ_PROPERTY( qreal rotateAngle READ RotateAngleWRITE setRotateAngle NOTIFY RotateAngleChanged )Q_PROPERTY( QVector3D axis READ AxisWRITE setAxis NOTIFY AxisChanged )
public:explicit Cube( void );
signals:void RotateAngleChanged( void );void AxisChanged( void );
protected slots:void Render( void );void OnWindowChanged( QQuickWindow* pWindow );void Release( void );
protected:bool RunOnce( void );QMatrix4x4                  m_ModelViewMatrix;QMatrix4x4                  m_ProjectionMatrix;QOpenGLBuffer               m_VertexBuffer, m_IndexBuffer;QOpenGLBuffer               m_ColorBuffer;QOpenGLShaderProgram        m_ShaderProgram;DECLRARE_Q_PROPERTY( qreal, RotateAngle )DECLRARE_Q_PROPERTY( QVector3D, Axis )
};#endif // CUBE_H

         在Cube.h中，我们让Cube继承QQuickItem。由于Cube也是一个Qt Quick的显示对象。这里顺便说一下，C++的QQuickItem相应QML的Item类。而C++的QObject则是相应QML的QtObject类。在C++中，QQuickItem继承于QObject，在QML中。Item继承QtObject。在类的定义中。我使用了QOpenGLBuffer来保持各种画图缓存（缓冲区），使用QOpenGLShaderProgram来方便地加载着色器数据。最后我使用了一个方便的宏来定义受QML属性系统控制的成员变量。当这些变量发生变化的时候，让其通知父窗体（QQuickWindow）进行更新。

Cube.cpp

// Cube.cpp
#include "Cube.h"Cube::Cube( void ):m_VertexBuffer( QOpenGLBuffer::VertexBuffer ),m_IndexBuffer( QOpenGLBuffer::IndexBuffer ),m_ColorBuffer( QOpenGLBuffer::VertexBuffer ),m_RotateAngle( 0.0f ),m_Axis( 1.0f, 1.0f, 0.0f )
{   // 初始化connect( this, SIGNAL( windowChanged( QQuickWindow* ) ),this, SLOT( OnWindowChanged( QQuickWindow* ) ) );
}void Cube::OnWindowChanged( QQuickWindow* pWindow )
{if ( pWindow == Q_NULLPTR ) return;connect( pWindow, SIGNAL( beforeRendering( ) ),this, SLOT( Render( ) ), Qt::DirectConnection );pWindow->setClearBeforeRendering( false );
}void Cube::Render( void )
{static bool runOnce = RunOnce( );Q_UNUSED( runOnce );// 运动m_ModelViewMatrix.setToIdentity( );m_ModelViewMatrix.translate( 0.0f, 0.0f, -60.0f );m_ModelViewMatrix.rotate( m_RotateAngle, m_Axis.x( ),m_Axis.y( ), m_Axis.z( ) );// 渲染glViewport( 0, 0, window( )->width( ), window( )->height( ) );glClearColor( 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f );glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );glEnable( GL_DEPTH_TEST );glEnable( GL_CULL_FACE );glFrontFace( GL_CW );m_ShaderProgram.bind( );m_VertexBuffer.bind( );int posLoc = m_ShaderProgram.attributeLocation( "position" );m_ShaderProgram.enableAttributeArray( posLoc );m_ShaderProgram.setAttributeBuffer( posLoc,                 // 位置GL_FLOAT,               // 类型0,                      // 偏移3,                      // 元大小0 );                    // 迈m_ColorBuffer.bind( );int colorLoc = m_ShaderProgram.attributeLocation( "color" );m_ShaderProgram.enableAttributeArray( colorLoc );m_ShaderProgram.setAttributeBuffer( colorLoc,               // 位置GL_FLOAT,               // 类型0,                      // 偏移4,                      // 元大小0 );                    // 迈m_IndexBuffer.bind( );m_ShaderProgram.setUniformValue( "modelViewMatrix", m_ModelViewMatrix );m_ShaderProgram.setUniformValue( "projectionMatrix", m_ProjectionMatrix );glDrawElements( GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_BYTE, Q_NULLPTR );m_ShaderProgram.disableAttributeArray( posLoc );m_ShaderProgram.disableAttributeArray( colorLoc );m_IndexBuffer.release( );m_VertexBuffer.release( );m_ShaderProgram.release( );
}bool Cube::RunOnce( void )
{// 初始化着色器m_ShaderProgram.addShaderFromSourceFile( QOpenGLShader::Vertex,":/shader/Shader.vsh" );m_ShaderProgram.addShaderFromSourceFile( QOpenGLShader::Fragment,":/shader/Shader.fsh" );m_ShaderProgram.link( );// 初始化顶点缓存const GLfloat length = 10.0f;const GLfloat vertices[] ={length, -length, length,length, -length, -length,-length, -length, -length,-length, -length, length,length, length, length,length, length, -length,-length, length, -length,-length, length, length};m_VertexBuffer.setUsagePattern( QOpenGLBuffer::StaticDraw );m_VertexBuffer.create( );m_VertexBuffer.bind( );m_VertexBuffer.allocate( vertices, sizeof( vertices ) );// 初始化颜色的缓存const GLfloat colors[] ={1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};m_ColorBuffer.setUsagePattern( QOpenGLBuffer::StaticDraw );m_ColorBuffer.create( );m_ColorBuffer.bind( );m_ColorBuffer.allocate( colors, sizeof( colors ) );// 初始化索引缓存GLubyte indices[] ={0, 1, 2, 0, 2, 3,// 以下7, 6, 4, 6, 5, 4,// 上面7, 4, 3, 4, 0, 3,// 左面5, 6, 1, 6, 2, 1,// 右面4, 5, 0, 5, 1, 0,// 前面3, 2, 6, 3, 6, 7,// 背面};m_IndexBuffer.setUsagePattern( QOpenGLBuffer::StaticDraw );m_IndexBuffer.create( );m_IndexBuffer.bind( );m_IndexBuffer.allocate( indices, sizeof( indices ) );// 设定模型矩阵和投影矩阵float aspectRatio  = float( window( )->width( ) ) / float( window( )->height( ) );m_ProjectionMatrix.perspective( 45.0f,aspectRatio,0.5f,500.0f );connect( window( )->openglContext( ),SIGNAL( aboutToBeDestroyed( ) ),this, SLOT( Release( ) ),Qt::DirectConnection );return true;
}void Cube::Release( void )
{qDebug( "Vertex buffer and index buffer are to be destroyed." );m_VertexBuffer.destroy( );m_IndexBuffer.destroy( );m_ColorBuffer.destroy( );
}

         类的实现较复杂。大致分为构造阶段、初始化阶段、渲染阶段和释放空间阶段。

这里我们使用了OpenGL ES 2.0经常使用的buffer + attribute array方式来进行高效渲染。

有关上述OpenGL的知识，感兴趣的同行们能够看看《OpenGL ES 2.0 Programming Guide》、Qt书籍有关OpenGL的部分、KDAB博客中有关OpenGL的知识以及我的其他博客以获得相关知识。

         上述程序加载了顶点着色器和片断着色器。它们例如以下所看到的：

// Shader.vsh
attribute highp vec3 position;
attribute highp vec4 color;uniform mat4 modelViewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;varying highp vec4 v_Color;void main( void )
{gl_Position = projectionMatrix *modelViewMatrix *vec4( position, 1.0 );v_Color = color;
}

// Shader.fsh
varying highp vec4 v_Color;void main( void )
{gl_FragColor = v_Color;
}

         本例在三大桌面平台上执行正常，同一时候在Android平台上也可以顺利地执行。