Android开发 之 OpenGL ES系列（2--基本概念）

基本概念

前面介绍了使用Android 编写OpenGL ES应用的程序框架，本篇介绍3D绘图的一些基本构成要素，最终将实现一个多边形的绘制。

一个3D图形通常是由一些小的基本元素（顶点，边，面，多边形）构成，每个基本元素都可以单独来操作。

顶点：

在Android系统中可以使用一个浮点数数组来定义一个顶点，浮点数数组通常放在一个Buffer（java.nio)中来提高性能。
比如：下图中定义了四个顶点和对应的Android 顶点定义：坐标系是三维的x，y，z

private float vertices[] = { -1.0f,  1.0f, 0.0f,  // 0, Top Left -1.0f, -1.0f, 0.0f,  // 1, Bottom Left 1.0f, -1.0f, 0.0f,  // 2, Bottom Right 1.0f,  1.0f, 0.0f,  // 3, Top Right};

这里z轴都是0.0。为了提高性能，通常将这些数组存放到java.io 中定义的Buffer类中：

ByteBuffer vbb = ByteBuffer.allocateDirect(vertices.length * 4);vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());FloatBuffer vertexBuffer = vbb.asFloatBuffer();vertexBuffer.put(vertices);vertexBuffer.position(0);

有了顶点的定义，下面一步就是如何将它们传给OpenGL ES库，OpenGL ES提供一个成为”管道Pipeline”的机制，这个管道定义了一些“开关”来控制OpenGL ES支持的某些功能，缺省情况这些功能是关闭的，如果需要使用OpenGL ES的这些功能，需要明确告知OpenGL “管道”打开所需功能。因此对于我们的这个示例，需要告诉OpenGL库打开 Vertex buffer以便传入顶点坐标Buffer。要注意的使用完某个功能之后，要关闭这个功能以免影响后续操作：

        //启用用于写入的顶点缓冲区，并在渲染期间使用。        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);        //指定渲染时要使用的顶点坐标数组的位置和数据格式。        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, vertexBuffer);        gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLES, drawOrder.length, GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, drawListBuffer);        // 禁用顶点缓冲区。        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);        // 禁用脸部剔除。        gl.glDisable(GL10.GL_CULL_FACE);

Edge（边）

边定义为两个顶点之间的线段。边是面和多边形的边界线。在3D模型中，边可以被相邻的两个面或是多边形形共享。对一个边做变换将影响边相接的所有顶点，面或多边形。在OpenGL中，通常无需直接来定义一个边，而是通过顶点定义一个面，从而由面定义了其所对应的三条边。可以通过修改边的两个顶点来更改一条边

Face (面）
在OpenGL ES中，面特指一个三角形，由三个顶点和三条边构成，对一个面所做的变化影响到连接面的所有顶点和边，面多边形。下图黄色区域代表一个面。

定义面的顶点的顺序很重要 在拼接曲面的时候，用来定义面的顶点的顺序非常重要，因为顶点的顺序定义了面的朝向（前向或是后向），为了获取绘制的高性能，一般情况不会绘制面的前面和后面，只绘制面的“前面”。虽然“前面”“后面”的定义可以应人而易，但一般为所有的“前面”定义统一的顶点顺序(顺时针或是逆时针方向）。

下面代码设置逆时针方法为面的“前面”gl.glFrontFace(GL10.GL_CCW);打开 忽略“后面”设置：gl.glEnable(GL10.GL_CULL_FACE);明确指明“忽略“哪个面的代码如下：gl.glCullFace(GL10.GL_BACK);

Polygon （多边形）

多边形由多个面（三角形）拼接而成，在三维空间上，多边形并一定表示这个Polygon在同一平面上。这里我们使用缺省的逆时针方向代表面的“前面Front)，下图黄色区域为一个多边形。
来看一个多边形的示例在Android系统如何使用顶点和buffer 来定义，如下图定义了一个正方形：

对应的顶点和buffer 定义代码：

        private short drawOrder[] = { 0, 1, 2, 0, 2, 3 }; // 画顶点        // 初始化字节缓冲区的画        ByteBuffer dlb = ByteBuffer.allocateDirect(                // 坐标值(# * 2字节/短)                drawOrder.length * 2);        dlb.order(ByteOrder.nativeOrder());        drawListBuffer = dlb.asShortBuffer();        drawListBuffer.put(drawOrder);        drawListBuffer.position(0);

Render (渲染）

我们已定义好了多边形，下面就要了解如和使用OpenGL ES的API来绘制（渲染）这个多边形了。OpenGL ES提供了两类方法来绘制一个空间几何图形：

public abstract void glDrawArrays(int mode, int first, int count)   使用VetexBuffer 来绘制，顶点的顺序由vertexBuffer中的顺序指定。
public abstract void glDrawElements(int mode, int count, int type, Buffer indices)  ，可以重新定义顶点的顺序，顶点的顺序由indices Buffer 指定。
前面我们已定义里顶点数组，因此我们将采用glDrawElements 来绘制多边形。

同样的顶点，可以定义的几何图形可以有所不同，比如三个顶点，可以代表三个独立的点，也可以表示一个三角形，这就需要使用mode 来指明所需绘制的几何图形的基本类型。

GL_POINTS

绘制独立的点。

GL_LINE_STRIP

绘制一系列线段。

GL_LINE_LOOP

类同上，但是首尾相连，构成一个封闭曲线。

GL_LINES

顶点两两连接，为多条线段构成。

GL_TRIANGLES

每隔三个顶点构成一个三角形，为多个三角形组成。

GL_TRIANGLE_STRIP

每相邻三个顶点组成一个三角形，为一系列相接三角形构成。

GL_TRIANGLE_FAN

以一个点为三角形公共顶点，组成一系列相邻的三角形。

下面来看一个绘制正方形的例子：

public class OpenGlActivity extends AppCompatActivity {    private GLSurfaceView mGLView;    private  MyGLRenderer mRenderer;    @Override    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        mGLView = new GLSurfaceView(this);        mRenderer = new MyGLRenderer();        mGLView.setRenderer(mRenderer);//设置glview的监听。        mGLView.setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_WHEN_DIRTY);//仅在绘图数据发生更改时渲染视图        setContentView(mGLView);    }}

public class MyGLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {    private Square square;    //调用一次以建立视图的OpenGL ES的环境。    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {        square = new Square();        gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f);        // 启用平滑着色，默认不是真的需要。        gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);        // 深度缓冲区设置。        gl.glClearDepthf(1.0f);        // 启用深度测试。        gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST);        // 深度测试的类型要做。        gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL);        // 真的很好的透视计算。        gl.glHint(GL10.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL10.GL_NICEST);    }    //被叫为视图的每个重绘。    public void onDrawFrame(GL10 gl) {        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);        //防止每次都再向后移动4个单位，需要加上重置Matrix的代码。        gl.glLoadIdentity();        //这是因为OpenGL ES从当前位置开始渲染，缺省坐标为(0,0,0)，和View port 的坐标一样，相当于把画面放在眼前，        // 对应这种情况OpenGL不会渲染离view Port很近的画面，因此我们需要将画面向后退一点距离：        gl.glTranslatef(0,0,-4);        square.draw(gl);    }    //如果认为变化的几何形状，例如，设备的屏幕取向的改变时    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {        // 将当前视图端口设置为新大小。        gl.glViewport(0, 0, width, height);// OpenGL docs.        // 选择投影矩阵        gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);// OpenGL docs.        // 重置投影矩阵        gl.glLoadIdentity();// OpenGL docs.        // 计算窗口的宽高比        GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, (float) width / (float) height, 0.1f, 100.0f);        // 选择modelview矩阵        gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);// OpenGL docs.        // 重置modelview矩阵        gl.glLoadIdentity();// OpenGL docs.    }}

public class Square {    private FloatBuffer vertexBuffer;    private ShortBuffer drawListBuffer;    // number of coordinates per vertex in this array    static final int COORDS_PER_VERTEX = 3;    static float squareCoords[] = {            -0.5f,  0.5f, 0.0f,   // top left            -0.5f, -0.5f, 0.0f,   // bottom left            0.5f, -0.5f, 0.0f,   // bottom right            0.5f,  0.5f, 0.0f }; // top right    private short drawOrder[] = { 0, 1, 2, 0, 2, 3 }; // 画顶点    public Square() {        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(                squareCoords.length * 4);        bb.order(ByteOrder.nativeOrder());        vertexBuffer = bb.asFloatBuffer();        vertexBuffer.put(squareCoords);        vertexBuffer.position(0);        // 初始化字节缓冲区的画        ByteBuffer dlb = ByteBuffer.allocateDirect(                // 坐标值(# * 2字节/短)                drawOrder.length * 2);        dlb.order(ByteOrder.nativeOrder());        drawListBuffer = dlb.asShortBuffer();        drawListBuffer.put(drawOrder);        drawListBuffer.position(0);    }    /**     * This function draws our square on screen.     * @param gl     */    public void draw(GL10 gl) {        // Counter-clockwise winding.逆时针绕组。        gl.glFrontFace(GL10.GL_CCW);        // Enable face culling.启用脸部剔除。        gl.glEnable(GL10.GL_CULL_FACE);        // 面部剔除        gl.glCullFace(GL10.GL_BACK);        //启用用于写入的顶点缓冲区，并在渲染期间使用。        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);        //指定渲染时要使用的顶点坐标数组的位置和数据格式。        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, vertexBuffer);        //渲染图像        gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLES, drawOrder.length, GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, drawListBuffer);        // 禁用顶点缓冲区。        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);        // 禁用脸部剔除。        gl.glDisable(GL10.GL_CULL_FACE);    }}