Android opengl es创建动画详解

OpenGL（全写Open Graphics Library）是一个跨语言、跨平台的三维图象编程接口，同样他也可以用来创建二维图像。OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是 OpenGL三维图形 API 的子集，针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计。android　平台上同样集成了opengl es的开发包，opengl es在android平台上的运用，既有利于充分利用android平台不断进步的硬件配置，也能为用户提供更加多姿多彩的视觉体验。
android平台创建三维动画有二种方式，一种是使用matrix三维变形实现伪３Ｄ，一种就是使用opengl创建真３Ｄ。使用matrix三维变形，方法简单，速度快，效率高，但因为其是伪３Ｄ，所以抛开视觉感受不谈，其缺陷也非常明显，他没有真正的３Ｄ建模，只是对二维的ＶＩＥＷ做３Ｄ移动，大小变换和旋转等操作，当你需要创建一个旋转的六面体时，你需要创建六个ＶＩＥＷ，并让他们实现绕一个虚拟的轴做同步旋转，当这个３Ｄ模型有足够多的面时，其复杂度大大增加了，因为在初始化时需要提前计算每个面的初始位置信息，旋转，大小，位移的同步信息，这对于非矩形的view来说，这种计算相当繁琐而且易于出错并且不容易精确，而且目前来看，使用伪３Ｄ技术构建规则曲面似乎是难以实现。这时opengl es的优势相当明显。你可以创建任意形状的多面体，只要把ＶＩＥＷ转为ＢＩＴＭＡＰ为多面体贴图就行了。
android使用opengl ES创建立方体，需要用到下面一些函数。
gl.glFrontFace(GL10.GL_CW);  
gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, mVertexBuffer);  
gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, mColorBuffer);  
gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLES, 36, GL10.GL_UNSIGNED_BYTE, mIndexBuffer);  

void glFrontFace(GLenum mode);
作用是控制多面形的正面是如何决定的。在默认情况下，mode是GL_CCW。一个多边形有两个面，每个面使用不同的介质贴图，旋转时是可以看到
mode的值为：
GL_CCW   表示窗口坐标上投影多边形的顶点顺序为逆时针方向的表面为正面。
GL_CW     表示顶点顺序为顺时针方向的表面为正面。
void glVertexPointer(GLint size,
GLenum type,
GLsizei stride,
const GLvoid * pointer)

作用是指定多面体每个顶点的坐标， size：指定了每个顶点对应的坐标个数，只能是2,3,4中的一个，默认值是4
type：指定了数组中每个顶点坐标的数据类型，可取常量:GL_BYTE, GL_SHORT,GL_FIXED,GL_FLOAT;
stride:指定了连续顶点间的字节排列方式，如果为0，数组中的顶点就会被认为是按照紧凑方式排列的，默认值为0
pointer:制订了数组中第一个顶点的首地址，默认值为0，对于我们的android，大家可以不用去管什么地址的，一般给一个IntBuffer就可以了。
需要说明的是第二个参数，一般在android中，会使用 GL10.GL_FIXED和GL10. FLOAT， 整型和浮点型相互对应， 0x10000＝1.0f，整型的低八位表示浮点的小数，高八位表示浮点小数部分。而且第四个参数必须是 nativeOrder，如果是直接赋值的数组，需要使用下面代码转化
        ByteBuffer vbb = ByteBuffer.allocateDirect(vertices.length*4);  
        vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());  
        mVertexBuffer = vbb.asIntBuffer();  
        mVertexBuffer.put(vertices);  
        mVertexBuffer.position(0);  
gl.glColorPointer
这个是颜色了，和上一个函数一样，是指定每个顶点的颜色值，参数结构也类似

gl.glDrawElements
这个是用来显示的，六面体六个面，有１２个三角形，每个三角形三个顶点，共36个

这样就可以得到下面的四面体的类：
package com.example.openglactivity;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;
import java.nio.IntBuffer;

import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.opengl.GLUtils;

public class Cube {
    private IntBuffer   mVertexBuffer;  
    private IntBuffer   mColorBuffer;  
    private ByteBuffer  mIndexBuffer;
    // 定义本程序所使用的纹理  
    private int texture;  
    public Cube()  
    {  
        int one = 0x10000;  //int 10000=1.0f
        int vertices[] = {  
                
                -one, -one, -2000,//-one,  //第三象限
                one, -one, -2000,//-one,  //第四象限
                one,  one, -2000,//-one,  //第一象限
                -one,  one, -2000,//-one,  //第二象限
                
                -one, -one,  0, //one,  //第三象限
                one, -one,  0, //one,  //第四象限
                one,  one,  0, //one,  //第一象限
                -one,  one,  0, //one,  //第二象限
              
                
        };  
 
        int colors[] = {  
                0,    0,    0,  one,  
                one,  0,    0,  one,  
                one,  one,    0,  one,  
                0,  one,    0,  one,  
                
                0,    0,  one,  one,  
                one,    0,  one,  one,  
                one,  one,  one,  one,  
                0,  one,  one,  one,  
        };  
 
        byte indices[] = {  
                0, 4, 5,    0, 5, 1,  
                1, 5, 6,    1, 6, 2,  
                2, 6, 7,    2, 7, 3,  
                3, 7, 4,    3, 4, 0,  
                4, 7, 6,    4, 6, 5,  
                3, 0, 1,    3, 1, 2  
        };  
 
        ByteBuffer vbb = ByteBuffer.allocateDirect(vertices.length*4);  
        vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());  
        mVertexBuffer = vbb.asIntBuffer();  
        mVertexBuffer.put(vertices);  
        mVertexBuffer.position(0);  
 
        ByteBuffer cbb = ByteBuffer.allocateDirect(colors.length*4);  
        cbb.order(ByteOrder.nativeOrder());  
        mColorBuffer = cbb.asIntBuffer();  
        mColorBuffer.put(colors);  
        mColorBuffer.position(0);  
 
        mIndexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(indices.length);  
        mIndexBuffer.put(indices);  
        mIndexBuffer.position(0);  
    }  
   

    public void draw(GL10 gl)  
    {  
        gl.glFrontFace(GL10.GL_CW);  
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, mVertexBuffer);  
        gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, mColorBuffer);  
        gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLES, 36, GL10.GL_UNSIGNED_BYTE, 　　　　　　　　　　　　mIndexBuffer);  
    }  
 
 
}

这是使用opengl创建的体面体，要导入android中使用，还需要经过一些步骤，一个是GLSurfaceView，一个是Renderer，Renderer是GLSurfaceView提供的接口，我们需要通过重载Renderer加载我们的四面体，然后通过setRenderer把包含我们六面体Renderer传给GLSurfaceView，最后通过activity的setContentView把GLSurfaceView设置为activity的内容，代码如下：

myGLRenderer 派生自Renderer，需要实现 Renderer的 onSurfaceCreated， onSurfaceChanged， onDrawFrame三个方法。这是比较重要的，定义了显示３Ｄ模型的环境，显示方式显示特效等一系列东西。 onSurfaceCreated和 onSurfaceChanged熟悉surfaceview的人肯定不陌生，他原本就是surfaceview的方法，我们对于３Ｄ屏幕初始化，opengl环境设置都会在这两个函数里实现，然后就是onDrawFrame，用来显示，大致来说，应该和view的onＤraw差不多的功能，能够自动适时刷新。用到的函数是这几个：
gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
设置背景颜色
gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
启动顶点数组支持，类似的函数还有
gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
gl.glEnableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
一个启动法向量支持，一个启动纹理渲染支持


gl.glViewport(0, 0, width, height);
设置显示区域，一般就是整个屏幕吧

gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);   
gl.glLoadIdentity();                
这两句是设置当前矩阵模式和重载矩阵，不可省略，有三种模式，GL_MODELVIEW,对模型视景矩阵堆栈应用随后的矩阵操作.GL_PROJECTION,对投影矩阵应用随后的矩阵操作.GL_TEXTURE,对纹理矩阵堆栈应用随后的矩阵操作.设置矩阵后必须使用 glLoadIdentity才会生效，该函数的功能是重置当前指定的矩阵为设置矩阵。还有一个函数gluPerspective也很重要，他是创建一个投影矩阵并且与当前矩阵相乘,得到的矩阵设定为当前变换，但要先通过glMatrixMode设定成GL_PROJECTION 投影矩阵才会得到想要的投影矩阵变换。

gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1, 1, 3, 100);  
ratio＝(float) width / height，所以 glFrustumf是设置长宽比例，因为opengl是按默认的正方形屏幕投影的，这样当在一个高比宽大的长方形的屏上时，投影的正方形会变成高比宽大的长方形，要真实的投影，需要通过这个函数来校正投投影。
GLU.gluLookAt(gl, 0, 0, -5, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f);  
创建观察者坐标系，这里可以参考下面的文章：http://www.cnblogs.com/chengmin/archive/2011/09/12/2174004.html
gl.glRotatef(ang, 0f, 0.2f, 0f);    
这个是对函数进行旋转，第一个参数是角度，后面三个参数是ＸＹＺ三个方向，类似的函数还有gl.glTranslatef(0, 0, -3.5f);移动操作
package com.example.openglactivity;
import java.nio.Buffer;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;
import java.nio.IntBuffer;

import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

import android.opengl.GLSurfaceView.Renderer;
import android.opengl.GLU;

public class myGLRenderer implements Renderer {
    private Cube m_cube;
    private float ang = 0.0f;

    public myGLRenderer()
    {

        m_cube = new Cube();
      
    }
    @Override
    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
        // TODO Auto-generated method stub
        

             gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //设置清除色  
    
        
    }
    
    @Override
    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
        // TODO Auto-generated method stub
        

            gl.glViewport(0, 0, width, height);//设置视口  
        float ratio = (float) width / height;
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);   // 设置当前矩阵为投影矩阵
        gl.glLoadIdentity();                 // 重置矩阵为初始值
        gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1, 1, 3, 100);  // 根据长宽比设置投影矩阵
        

    }

    @Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {
        // TODO Auto-generated method stub
        
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);//清空缓存  
        // 设置当前矩阵为模型视图模式 //
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);

        gl.glLoadIdentity();   // reset the matrix to its default state

gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
            gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY); 

        // 设置视点  
        GLU.gluLookAt(gl, 0, 0, -5, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f);  
        gl.glRotatef(ang, 0f, 0.2f, 0f);    

        m_cube.draw(gl);

gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
            gl.glDisableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);

        ang+=1.0f;  
        
    }
}

myGLSurfaceView类派生自 GLSurfaceView，GLSurfaceView 派生自SurfaceView，这下一切就熟悉了，SurfaceView是为了动画，特效而设计的高效ＵＩ类。 GLSurfaceView是专门为opengl服务的类。
这里也十分简单。 setRenderer就行了，可以查看setRenderer在 GLSurfaceView里的实现：
 public void setRenderer(Renderer renderer) {
        checkRenderThreadState();
        if (mEGLConfigChooser == null) {
            mEGLConfigChooser = new SimpleEGLConfigChooser(true);
        }
        if (mEGLContextFactory == null) {
            mEGLContextFactory = new DefaultContextFactory();
        }
        if (mEGLWindowSurfaceFactory == null) {
            mEGLWindowSurfaceFactory = new DefaultWindowSurfaceFactory();
        }
        mRenderer = renderer;
        mGLThread = new GLThread(renderer);
        mGLThread.start();
    }
开了个新线程去操作 renderer。下面是 myGLSurfaceView代码

package com.example.openglactivity;

import android.content.Context;
import android.graphics.PixelFormat;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.view.KeyEvent;

public class myGLSurfaceView extends GLSurfaceView {
    private myGLRenderer mrender;
    public myGLSurfaceView(Context context) {
        super(context);
        // TODO Auto-generated constructor stub
        //getHolder().setFormat(PixelFormat.TRANSLUCENT);
        mrender = new myGLRenderer();
        setRenderer(mrender);
    }
    
    @Override
    public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.onKeyDown(keyCode, event);
    }
}

最后看一下 Activity的调用，一切都了解了，和调用普通的view没有区别。
package com.example.openglactivity;

import android.os.Bundle;
import android.app.Activity;
import android.view.Menu;

public class MainActivity extends Activity {
    private myGLSurfaceView mGLSurfaceView;
    public static Activity instance = null;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        //setContentView(R.layout.activity_main);
        instance = this;
        mGLSurfaceView = new myGLSurfaceView(this);
        setContentView(mGLSurfaceView);//这里我们用mGLSurfaceView来替换以前常用的R.layout.main  
    
    }
    
    @Override
    protected void onDestroy() {
        // TODO Auto-generated method stub
        instance = null;
        super.onDestroy();
    }

    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
        getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
        return true;
    }

}

使用这个框架，我们可以创建各种３Ｄ模型用来显示，三角形，四边形，四面体，棱柱，棱锥。并使用他们实现旋转，移动等操作的演示。要想使用他来构建３Ｄ用户界面，还是有不少的路要走，一是渲染，让其变得更漂亮，二是交互，让其能根据用户操作做出反映。日后待续

参考：

http://www.cnblogs.com/chengmin/archive/2011/09/12/2174004.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/45106p4.htm