Kotlin/NativeのOpenGLサンプルを触ってみる

こんにちは！

本記事はコネヒト Advent Calendar 2017の24日目の記事になります。

こんにちは！Androidエンジニアの富田です。今回はKotlin/NativeのOpenGLのサンプルコードを触ってみましたので紹介したいと思います。

Kotlin/Nativeとは？

LLVMを用いてネイティブコードを生成してくれるコンパイラで、各プラットフォームのコンパイルを可能にするように設計されています。先日v0.5がリリースされてSwiftからKotlinコードを利用できたり、Python Extensionサンプルが追加されました。

Kotlin/Nativeについては以下の記事でも紹介されておりますので、興味のある方はご覧ください。
Kotlin/Nativeを使ってiOSアプリを作ってみる
Kotlin/Nativeを使ってXcode + CLionでiOSアプリを書く

Kotlin/Nativeのサンプルについて

Kotlin/Nativeのリポジトリには、たくさんのサンプルコードがありますので、いくつか紹介します。

サンプル	内容
csvparser	csvのファイルをparseする
gitchurn	gitリポジトリの統計情報を表示する
libcurl	HTTPクライアント
nonBlockingEchoServer	コルーチンを利用したマルチクライアント
opengl	OpenGLのティーポットサンプル
python_extension	Python Extension
tensorflow	TensorFlowのデモ
socket	Socketサーバ
tetris	テトリスアプリケーション
videoplayer	ビデオプレイヤー
win32	Win32のHello World

プラットフォームライブラリ

各プラットフォーム毎にネイティブコードを利用できるようにするため、ビルド時にライブラリが含まれるようになっています。このライブラリをプラットフォームライブラリと呼ばれています。

実際にビルドをしてもらうと、dist/klib/platform以下にプラットフォームライブラリが含まれているのがわかります。さらにdist/klib/platform/macbook以下を見ると、以下のネイティブライブラリがあることがわかりました。今回はOpenGLを使いたいので、Kotlin側でimport platform.OpenGLと記述すると利用できます。

ライブラリ	パッケージ
AppKit	platform.ApplicationServices
CFNetwork	platform.CFNetwork
CoreData	platform.CoreData
CoreFoundation	platform.CoreFoundation
CoreGraphics	platform.CoreGraphics
CoreImage	platform.CoreImage
CoreServices	platform.CoreServices
CoreText	platform.CoreText
CoreVideo	platform.CoreVideo
DiskArbitration	platform.DiskArbitration
Foundation	platform.Foundation
CoreVideo	platform.CoreVideo
GLUT	platform.GLUT
IOKit	platform.IOKit
IOSurface	platform.IOSurface
ImageIO	platform.ImageIO
Metal	platform.Metal
OpenGL	platform.OpenGL
OpenGL3	platform.OpenGL3
OpenGLCommon	platform.OpenGLCommon
QuartzCore	platform.QuartzCore
Security	platform.Security
libkern	platform.libkern
objc	platform.objc
osx	platform.osx
posix	platform.posix
zlib	platform.zlib

OpenGLのサンプルを書いてみる

こちらのOpenGL GLUT TriangleサンプルをKotlin/Nativeを用いてKotlinで書いてみたいと思います。

提供されているcppのサンプルコードは以下の通りです。

Triangle.cpp

# include <stdio.h>
# include <windows.h>
# include <GL/gl.h>
# include <GL/glut.h>

typedef struct {
    int width;
    int height;
    char* title;
    float field_of_view_angle;
    float z_near;
    float z_far;
} glutWindow;

glutWindow win;

void display()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glLoadIdentity();
    glTranslatef(0.0f,0.0f,-3.0f);			
 
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);			
    glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);		
    glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);			
    glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);		
    glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);			
    glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);		
    glEnd();				

    glutSwapBuffers();
}


void initialize () 
{
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glViewport(0, 0, win.width, win.height);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    GLfloat aspect = (GLfloat) win.width / win.height;
    gluPerspective(win.field_of_view_angle, aspect, win.z_near, win.z_far);	
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glShadeModel( GL_SMOOTH );
    glClearDepth( 1.0f );
    glEnable( GL_DEPTH_TEST );
    glDepthFunc( GL_LEQUAL );
    glHint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST );
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);							
}

int main(int argc, char **argv) 
{
    win.width = 640;
    win.height = 480;
    win.title = "OpenGL/GLUT Example. Visit http://openglsamples.sf.net ";
    win.field_of_view_angle = 45;
    win.z_near = 1.0f;
    win.z_far = 500.0f;
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH );
    glutInitWindowSize(win.width,win.height);
    glutCreateWindow(win.title);
    glutDisplayFunc(display);
    glutIdleFunc(display);
    initialize();
    glutMainLoop();
    return 0;
}

こちらをKotlinで書いてみると次のようになります。

Triangle.kt

import kotlinx.cinterop.*
import platform.GLUT.*
import platform.OpenGL.*
import platform.OpenGLCommon.*

private val windowWidth = 640
private val windowHeight = 480

private fun display() {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    glLoadIdentity()
    glTranslatef(0.0f, 0.0f, -3.0f)

    glBegin(GL_TRIANGLES);
    glColor3f(0.0f,　0.0f,　1.0f)
    glVertex3f(0.0f, 1.0f,　0.0f)
    glColor3f(0.0f,　1.0f,　0.0f)
    glVertex3f(-1.0f,　-1.0f,　0.0f)
    glColor3f(1.0f,　0.0f,　0.0f)
    glVertex3f(1.0f,　-1.0f,　0.0f)
    glEnd()

    glutSwapBuffers()
}

private fun initialize() {
    glMatrixMode(GL_PROJECTION)
    glViewport(0, 0, windowWidth, windowHeight)
    glMatrixMode(GL_PROJECTION)
    glLoadIdentity()
    val aspect = windowWidth.toDouble() / windowHeight
    gluPerspective(45.0, aspect, 1.0, 500.0)
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
    glShadeModel(GL_SMOOTH)
    glClearDepth(1.0)
    glEnable(GL_DEPTH_TEST)
    glDepthFunc(GL_LEQUAL)
    glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST)
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)
}

fun main(args: Array<String>) {
    memScoped {
        val argc = alloc<IntVar>().apply { value = 0 }
        glutInit(argc.ptr, null)
    }

    glutInitDisplayMode(GLUT_RGB or GLUT_DOUBLE or GLUT_DEPTH)
    glutInitWindowSize(windowWidth, windowHeight)
    glutCreateWindow("Triangle")
    glutDisplayFunc(staticCFunction(::display))
    glutIdleFunc(staticCFunction(::display))

    initialize()
    glutMainLoop()
}

アプリケーションの実行結果は以下となります。ビルドや実行方法に関しては、こちらのOpenGLサンプルをご確認ください。

最後に

まとめ

Kotlin/Nativeを用いて、OpenGLのネイティブライブラリをKotlinから呼び出してみました。Kotlin/Nativeリポジトリにはtensorflow、python_extentionなど面白そうなサンプルがたくさんありますので、興味のある方は触ってみると良いかもしれません。個人的な目標として、来年はKotlin/Nativeのサンプルを送ってみたいと思います！

明日の予告

コネヒト Advent Calendar 2017の最終日はitoshoさんの記事です！！メリークリスマス！！！