OpenGL ES2学习笔记（9）-- 转换矩阵

线性代数是计算机图形学的一块基石，本篇文章总结如何在Shader中使用矩阵来移动、缩放和旋转顶点。

代码和效果

把下面的代码复制到OpenGL Console里：

import java.nio.ByteBufferimport java.nio.ByteOrderimport javax.media.opengl.GLimport org.glob.math.Matrix4f//  shadersdef vertexShaderCode = """  uniform mat4 u_Matrix;  attribute vec4 a_Position;    void main() {    gl_Position = u_Matrix * a_Position;  }"""def fragmentShaderCode = """  #ifdef GL_ES  precision mediump float;  #endif  void main() {    gl_FragColor = vec4(0.8, 0.4, 0.2, 1.0);  }"""def shaderProgram = glob.compileAndLink(vertexShaderCode, fragmentShaderCode)def aPositionLocation = shaderProgram.getAttribLocation("a_Position")shaderProgram.use()def matrix = Matrix4f.translationM(-0.5f, -0.5f, 0.0f)shaderProgram.getUniform("u_Matrix").setMatrix4fv(matrix.floats)// vertex datadef BYTES_PER_FLOAT = 4def POSITION_ELEMENT_COUNT = 2def POINT_COUNT = 4def vertices = [  0.0f, 0.0f,  0.0f, 0.5f,  0.5f, 0.5f,  0.5f, 0.0f,] as float[]def vertexData = ByteBuffer        .allocateDirect(vertices.length * BYTES_PER_FLOAT)        .order(ByteOrder.nativeOrder())        .asFloatBuffer()vertexData.put(vertices)vertexData.position(0)gl.glVertexAttribPointer(aPositionLocation, POSITION_ELEMENT_COUNT, gl.GL_FLOAT, false, 0, vertexData)gl.glEnableVertexAttribArray(aPositionLocation)// draw trianglegl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT)gl.glDrawArrays(gl.GL_TRIANGLE_FAN, 0, POINT_COUNT)

效果：

Uniform

uniform相当于Shader程序的全局常量，也可以看做是Shader程序的参数，由Shader程序的使用者传入。我们在Vertex Shader程序的第一行定义了一个mat4（4x4矩阵）类型的uniform，并且在main()方法里将顶点位置和它相乘，这样就可以对顶点做mat4所代表的转换：

  uniform mat4 u_Matrix;  attribute vec4 a_Position;    void main() {    gl_Position = u_Matrix * a_Position;  }

Matrix4f类

为了简化矩阵的使用，我封装了一个4x4矩阵类，叫做Matrix4f。下面的代码定义了一个移动矩阵（将x和y坐标分别向负方向移动0.5），然后将它传入Shader程序：

def matrix = Matrix4f.translationM(-0.5f, -0.5f, 0.0f)shaderProgram.getUniform("u_Matrix").setMatrix4fv(matrix.floats)

ShaderProgram和ShaderUniform相关代码：

public class ShaderProgram extends GLObject {    ...    public ShaderUniform getUniform(String name) {        return new ShaderUniform(objectId, name);    }    ...}

public class ShaderUniform extends GLWrapper {        private final int programId;    private final String uniformName;    private int location;    public ShaderUniform(int programId, String uniformName) {        this.programId = programId;        this.uniformName = uniformName;    }    public void setMatrix4fv(float[] v) {        getGL().glUniformMatrix4fv(getLocation(), 1, false, v, 0);    }    private int getLocation() {        if (location == 0) {            location = getGL().glGetUniformLocation(programId, uniformName);        }        return location;    }    }

移动矩阵

上面的代码所达到的移动效果示例图如下：

缩放矩阵

把前面代码里的移动矩阵改成缩放矩阵：

def matrix = Matrix4f.scalingM(1.5f, 1.5f, 0.0f)

效果是矩形变成了原来的1.5倍：

旋转矩阵

最后试试旋转矩阵：

def matrix = Matrix4f.rotationM(30, 0.0f, 0.0f, 1.0f)

效果是矩形沿着z轴逆时针旋转了30度：