Kivy - OpenGL

Kivy 框架拥有强大的图形功能，其构建在 OpenGL 和 SDL 指令之上。Kivy 使用 OpenGL ES 2 图形库，并基于顶点缓冲对象和着色器。“kivy.graphics.opengl” 模块是围绕 OpenGL 命令的 Python 包装器。

着色器是用户定义的程序，旨在在图形处理器的某些阶段运行。着色器是用 OpenGL 着色语言 (GLSL) 编写的，这是一种高级着色语言，其语法基于 C 编程语言。

在 Web 上创建图形的两种常用着色器是顶点着色器和片段（像素）着色器。

顶点着色器 - 它们接收来自先前流水线阶段的输入（例如顶点位置、颜色和光栅化像素），并自定义输出到下一个阶段。
片段着色器 - 它们接收所有像素的二维位置作为输入，并自定义每个像素的输出颜色。

本教程不详细讨论 GLSL 的功能和语法。我们将在本章中使用一个开源着色器文件 (kaleidoscope.glsl)。

#ifdef GL_ES
precision highp float;
#endif

uniform vec2 resolution;
uniform float time;
uniform sampler2D tex0;
uniform sampler2D tex1;

void main(void){
   vec2 p = -1.0 + 2.0 * gl_FragCoord.xy / resolution.xy;
   vec2 uv;
   float a = atan(p.y,p.x);
   float r = sqrt(dot(p,p));
   
   uv.x = 7.0*a/3.1416;
   uv.y = -time+ sin(7.0*r+time) + .7*cos(time+7.0*a);
   float w = .5+.5*(sin(time+7.0*r)+ .7*cos(time+7.0*a));
   vec3 col = texture2D(tex0,uv*.5).xyz;
   gl_FragColor = vec4(col*w,1.0);
}

在我们的 Kivy 应用代码中，我们使用一个 .kv 文件，它只在 FloatLayout 小部件的画布上绘制一个矩形。

<ShaderWidget>:
   canvas:
      Color:
         rgb: 1, 0, 0
   Rectangle:
      pos: self.pos
      size: self.size

此 "kv" 文件的 ShaderWidget 规则对应于 ShaderWidget 类。它安排一个时钟间隔，在每秒后触发以更新着色器定义中的 glsl 变量。

class ShaderWidget(FloatLayout):
   fs = StringProperty(None)
   def __init__(self, **kwargs):
      self.canvas = RenderContext()
      super(ShaderWidget, self).__init__(**kwargs)
      Clock.schedule_interval(self.update_glsl, 1 / 60.)

"fs" 类变量存储来自 glsl 文件的代码。来自 kivy.graphics 模块的 RenderContext() 方法存储所有必要的绘图信息，即顶点着色器和片段着色器等。

"fs" StringProperty 绑定到 "on_fs()" 方法，该方法将设置着色器。

def on_fs(self, instance, value):
   shader = self.canvas.shader
   old_value = shader.fs
   shader.fs = value
   if not shader.success:
      shader.fs = old_value
      raise Exception('failed')

每次预定的时钟事件发生时，都会调用 update_glsl() 方法。它基本上更新应用窗口上每个像素的片段颜色。

def update_glsl(self, *largs):
   self.canvas['time'] = Clock.get_boottime()
   self.canvas['resolution'] = list(map(float, self.size))
   win_rc = Window.render_context
   self.canvas['projection_mat'] = win_rc['projection_mat']
   self.canvas['modelview_mat'] = win_rc['modelview_mat']
   self.canvas['frag_modelview_mat'] = win_rc['frag_modelview_mat']

App 类简单地从 kv 文件和类定义加载 ShaderWidget。

示例

完整的代码如下：

from kivy.clock import Clock
from kivy.app import App
from kivy.uix.floatlayout import FloatLayout
from kivy.core.window import Window
from kivy.graphics import RenderContext
from kivy.properties import StringProperty
from kivy.core.window import Window

Window.size=(720,400)
file=open('kaleidoscope.glsl')
shader=file.read()

class ShaderWidget(FloatLayout):
   fs = StringProperty(None)

   def __init__(self, **kwargs):
      self.canvas = RenderContext()
      super(ShaderWidget, self).__init__(**kwargs)
      Clock.schedule_interval(self.update_glsl, 1 / 60.)

   def on_fs(self, instance, value):
      shader = self.canvas.shader
      old_value = shader.fs
      shader.fs = value
      if not shader.success:
         shader.fs = old_value
         raise Exception('failed')

   def update_glsl(self, *largs):
      self.canvas['time'] = Clock.get_boottime()
      self.canvas['resolution'] = list(map(float, self.size)).
      win_rc = Window.render_context
      self.canvas['projection_mat'] = win_rc['projection_mat']
      self.canvas['modelview_mat'] = win_rc['modelview_mat']
      self.canvas['frag_modelview_mat'] = win_rc['frag_modelview_mat']

class 'kaleidoscopeApp(App):
   title='kaleidoscope'
   def build(self):
      return ShaderWidget(fs=shader)

'kaleidoscopeApp().run()

输出

运行此代码并检查输出：

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