Opengl ES之三角形绘制

在前面我们已经在NDK层搭建好了EGL环境，也介绍了一些着色器相关的理论知识，那么这次我们就使用已经搭配的EGL绘制一个三角形吧。

在Opengl ES的世界中，无论多复杂的形状都是由点、线或三角形组成的。因此三角形的绘制在Opengl ES中相当重要，犹比武林高手的内功心法…

坐标系

在Opengl ES中有很多坐标系，今天我们首先了解一些标准化的设备坐标。

标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)，一旦你的顶点坐标已经在顶点着色器中处理过，它们就是标准化设备坐标了，
标准化设备坐标是一个x、y和z的值都在-1.0到1.0的之间，任何落在-1和1范围外的坐标都会被丢弃/裁剪，不会显示在你的屏幕上。

如下图，在在标准化设备坐标中，假设有一个正方形的屏幕，那么屏幕中心就是坐标原点，左上角就是坐标(-1,1)，右下角则是坐标(1,-1)。
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上代码

这里需要说明亮点：

1. 在后续的实战例子中，经常会复用到前面介绍的demo的代码，因此如果是复用之前的代码逻辑，为了节省篇幅，笔者就不重复贴了。
2. 在demo中为了简洁，并没有开启子线程作为GL线程，很明显这是不对，实际开发中都应该开启子线程对Opengl进行操作。

首先为了后续方便使用，我们在Java层和C++分别创建一个BaseOpengl的基类：

BaseOpengl.java

public class BaseOpengl {

    // 三角形
    public static final int DRAW_TYPE_TRIANGLE = 0;

    public long glNativePtr;
    protected EGLHelper eglHelper;
    protected int drawType;

    public BaseOpengl(int drawType) {
        this.drawType = drawType;
        this.eglHelper = new EGLHelper();
    }

    public void surfaceCreated(Surface surface) {
        eglHelper.surfaceCreated(surface);
    }

    public void surfaceChanged(int width, int height) {
        eglHelper.surfaceChanged(width,height);
    }

    public void surfaceDestroyed() {
        eglHelper.surfaceDestroyed();
    }

    public void release(){
        if(glNativePtr != 0){
            n_free(glNativePtr,drawType);
            glNativePtr = 0;
        }
    }

    public void onGlDraw(){
        if(glNativePtr == 0){
            glNativePtr = n_gl_nativeInit(eglHelper.nativePtr,drawType);
        }
        if(glNativePtr != 0){
            n_onGlDraw(glNativePtr,drawType);
        }
    }

    // 绘制
    private native void n_onGlDraw(long ptr,int drawType);
    protected native long n_gl_nativeInit(long eglPtr,int drawType);
    private native void n_free(long ptr,int drawType);

}

下面是C++的BaseOpengl：

BaseOpengl.h

#ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_BASEOPENGL_H
#define NDK_OPENGLES_LEARN_BASEOPENGL_H
#include "../eglhelper/EglHelper.h"
#include "GLES3/gl3.h"
#include 

class BaseOpengl {
public:
    EglHelper *eglHelper;
    GLint program{0};

public:
    BaseOpengl();
    // 析构函数必须是虚函数
    virtual ~BaseOpengl();
    // 加载着色器并链接成程序
    void initGlProgram(std::string ver,std::string fragment);
    // 绘制
    virtual void onDraw() = 0;
};


#endif //NDK_OPENGLES_LEARN_BASEOPENGL_H

注意基类的析构函数一定要是虚函数，为什么？如果不是虚函数的话则会导致无法完全析构，具体原因请大家面向搜索引擎编程。

BaseOpengl.cpp

#include "BaseOpengl.h"
#include "../utils/ShaderUtils.h"

BaseOpengl::BaseOpengl() {

}

void BaseOpengl::initGlProgram(std::string ver, std::string fragment) {
    program = createProgram(ver.c_str(),fragment.c_str());
}

BaseOpengl::~BaseOpengl(){
    eglHelper = nullptr;
    if(program != 0){
        glDeleteProgram(program);
    }
}

然后使用BaseOpengl自定义一个SurfaceView，为MyGLSurfaceView：

public class MyGLSurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {

    public BaseOpengl baseOpengl;
    private OnDrawListener onDrawListener;

    public MyGLSurfaceView(Context context) {
        this(context,null);
    }

    public MyGLSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        getHolder().addCallback(this);
    }

    public void setBaseOpengl(BaseOpengl baseOpengl) {
        this.baseOpengl = baseOpengl;
    }

    public void setOnDrawListener(OnDrawListener onDrawListener) {
        this.onDrawListener = onDrawListener;
    }

    @Override
    public void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {
        if(null != baseOpengl){
            baseOpengl.surfaceCreated(surfaceHolder.getSurface());
        }
    }

    @Override
    public void surfaceChanged(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder, int i, int w, int h) {
        if(null != baseOpengl){
            baseOpengl.surfaceChanged(w,h);
        }
        if(null != onDrawListener){
            onDrawListener.onDrawFrame();
        }
    }

    @Override
    public void surfaceDestroyed(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {
        if(null != baseOpengl){
            baseOpengl.surfaceDestroyed();
        }
    }

    public interface OnDrawListener{
        void onDrawFrame();
    }
}

有了以上基类，既然我们的目标是绘制一个三角形，那么我们在Java层和C++层再新建一个TriangleOpengl的类吧，他们都继承TriangleOpengl：

TriangleOpengl.java

public class TriangleOpengl extends BaseOpengl{

    public TriangleOpengl() {
        super(BaseOpengl.DRAW_TYPE_TRIANGLE);
    }

}

C++ TriangleOpengl类，TriangleOpengl.h：

#ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_TRIANGLEOPENGL_H
#define NDK_OPENGLES_LEARN_TRIANGLEOPENGL_H
#include "BaseOpengl.h"

class TriangleOpengl: public BaseOpengl{
public:
    TriangleOpengl();
    virtual ~TriangleOpengl();
    virtual void onDraw();

private:
    GLint positionHandle{-1};
    GLint colorHandle{-1};
};


#endif //NDK_OPENGLES_LEARN_TRIANGLEOPENGL_H

TriangleOpengl.cpp:

#include "TriangleOpengl.h"
#include "../utils/Log.h"

// 定点着色器
static const char *ver = "#version 300 es\n"
                         "in vec4 aColor;\n"
                         "in vec4 aPosition;\n"
                         "out vec4 vColor;\n"
                         "void main() {\n"
                         "    vColor = aColor;\n"
                         "    gl_Position = aPosition;\n"
                         "}";

// 片元着色器
static const char *fragment = "#version 300 es\n"
                              "precision mediump float;\n"
                              "in vec4 vColor;\n"
                              "out vec4 fragColor;\n"
                              "void main() {\n"
                              "    fragColor = vColor;\n"
                              "}";

// 三角形三个顶点
const static GLfloat VERTICES[] = {
        0.0f,0.5f,
        -0.5f,-0.5f,
        0.5f,-0.5f
};

// rgba
const static GLfloat COLOR_ICES[] = {
        0.0f,0.0f,1.0f,1.0f
};

TriangleOpengl::TriangleOpengl():BaseOpengl() {
    initGlProgram(ver,fragment);
    positionHandle = glGetAttribLocation(program,"aPosition");
    colorHandle = glGetAttribLocation(program,"aColor");
    LOGD("program:%d",program);
    LOGD("positionHandle:%d",positionHandle);
    LOGD("colorHandle:%d",colorHandle);
}

TriangleOpengl::~TriangleOpengl() noexcept {

}

void TriangleOpengl::onDraw() {
    LOGD("TriangleOpengl onDraw");
    glClearColor(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glUseProgram(program);
    /**
     * size 几个数字表示一个点，显示是两个数字表示一个点
     * normalized 是否需要归一化，不用，这里已经归一化了
     * stride 步长，连续顶点之间的间隔，如果顶点直接是连续的，也可填0
     */
    glVertexAttribPointer(positionHandle,2,GL_FLOAT,GL_FALSE,0,VERTICES);
    // 启用顶点数据
    glEnableVertexAttribArray(positionHandle);

    // 这个不需要glEnableVertexAttribArray
    glVertexAttrib4fv(colorHandle, COLOR_ICES);

    glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,3);

    glUseProgram(0);

    // 禁用顶点
    glDisableVertexAttribArray(positionHandle);
    if(nullptr != eglHelper){
        eglHelper->swapBuffers();
    }
    LOGD("TriangleOpengl onDraw--end");
}

在前面的章节中我们介绍了着色器的创建、编译、链接等，但是缺少了具体使用方式，这里我们补充说明一下。

着色器的使用只要搞懂如何传递数据给着色器中变量。首先我们需要获取到着色器程序中的变量，然后赋值。

我们看上面的TriangleOpengl.cpp的构造函数：

TriangleOpengl::TriangleOpengl():BaseOpengl() {
    initGlProgram(ver,fragment);
    // 获取aPosition变量
    positionHandle = glGetAttribLocation(program,"aPosition");
    // 获取aColor
    colorHandle = glGetAttribLocation(program,"aColor");
    LOGD("program:%d",program);
    LOGD("positionHandle:%d",positionHandle);
    LOGD("colorHandle:%d",colorHandle);
}

由上，我们通过函数glGetAttribLocation获取了变量aPosition和aColor的句柄，这里我们定义的aPosition和aColor是向量变量，如果我们定义的是uniform统一变量的话，则需要使用函数glGetUniformLocation获取统一变量句柄。
有了这些变量句柄，我们就可以通过这些变量句柄传递函数给着色器程序了，具体可参考TriangleOpengl.cpp的onDraw函数。

此外如果变量是一个统一变量(uniform)的话，则通过一系列的 glUniform...函数传递参数。

这里说明一下函数glVertexAttribPointer的stride参数，一般情况下不会用到，传递0即可，但是如果需要提高性能，例如将顶点坐标和纹理/颜色坐标等放在同一个数组中传递，则需要使用到这个stride参数了，目前顶点坐标数组和其他数组是分离的，暂时可以不管。

在Activity中调用一下测试结果：

public class DrawTriangleActivity extends AppCompatActivity {

    private TriangleOpengl mTriangleOpengl;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_draw_triangle);
        MyGLSurfaceView glSurfaceView = findViewById(R.id.my_gl_surface_view);
        mTriangleOpengl = new TriangleOpengl();
        glSurfaceView.setBaseOpengl(mTriangleOpengl);
        glSurfaceView.setOnDrawListener(new MyGLSurfaceView.OnDrawListener() {
            @Override
            public void onDrawFrame() {
                mTriangleOpengl.onGlDraw();
            }
        });
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        if(null != mTriangleOpengl){
            mTriangleOpengl.release();
        }
        super.onDestroy();
    }
}

如果运行起来，看到一个蓝色的三角形，则说明三角形绘制成功啦!
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cUVRgRr3-1662517619844)(https://flyer-blog.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/opengl%E8%93%9D%E8%89%B2%E4%B8%89%E8%A7%92%E5%BD%A2.png)]

源码

想来还是不贴源码链接了，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。很多时候就是这样，你看着觉得很简单，实际如何还得动手敲，只有在敲的过程中出了问题，然后你解决了，只是才算是你的。

在这个系列完毕后再贴出整个项目demo的代码吧。。。

往期笔记

OpenglEs之EGL环境搭建
OpenglEs之着色器

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