在iOS中使用OpenGL ES实现绘画板的方法

今天我们使用 OpenGL ES 来实现一个绘画板，主要介绍在 OpenGL ES 中绘制平滑曲线的实现方案。

首先看一下最终效果：

在 iOS 中，有很多种方式可以实现一个绘画板，比如我的另外一个项目 MFPaintView 就是基于 CoreGraphics 实现的。

然而，使用 OpenGL ES 来实现可以获得更多的灵活性，比如我们可以自定义笔触的形状，这是其他实现方式做不到的。

我们知道，OpenGL ES 中只有 点、直线、三角形 这三种图元。因此， 怎么在 OpenGL ES 中绘制曲线 ，是我们第一个要解决的问题，也是最复杂的问题。

我们会使用比较大的篇幅来讲解这个问题。至于绘画板的其他功能实现，并不是说不重要，只是说其他的绘画板实现方式，也会有类似的逻辑，所以这部分会放在最后再简单介绍一下。

一、怎么绘制曲线

在 OpenGL ES 中绘制曲线的方式，就是 将曲线拆分成点序列来绘制 。

因为要绘制点，所以我们采取的是 点图元 。即我们要把顶点数据当成 点 来绘制，并且每个点都要绘制出笔触的纹理。关键步骤如下：

指定图元类型：

glDrawArrays(GL_POINTS, 0, self.vertexCount);

顶点着色器：

attribute vec4 Position;

uniform float Size;

void main (void) {
  gl_Position = Position;
  gl_PointSize = Size;
}

片段着色器：

precision highp float;

uniform float R;
uniform float G;
uniform float B;
uniform float A;

uniform sampler2D Texture;

void main (void) {
  vec4 mask = texture2D(Texture, vec2(gl_PointCoord.x, 1.0 - gl_PointCoord.y));
  gl_FragColor = A * vec4(R, G, B, 1.0) * mask;
}

这里的关键点在于 gl_PointCoord 这个内置变量，当我们使用点图元的时候，可以通过这个变量获取到 当前像素在点图元中的归一化坐标 。

但是这个坐标的原点是在左上角，这和纹理坐标在竖直方向上是相反的。所以从纹理读取颜色的时候，要做一个 y 坐标的转换。

接下来，我们通过 UITouch 来获取触摸点的位置，然后算出归一化的顶点坐标。

- (void)touchesMoved:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
  [super touchesMoved:touches withEvent:event];
  
  [self addPointWithTouches:touches];
}

但是由于 iOS 系统触摸事件的派发频率有限，我们最终得到的只能是稀疏的点。如下图所示，每个触摸点之间的间隔会比较大。

二、怎么绘制密集的点

很容易想到，只需要在两个点之间，按照一定的密度进行插值，就可以绘制出连续的轨迹。