OpenGL ES2.0入门之Android篇(一)——绘制三角形
OpenGL ES简介
- OpenGL ES是一个为便携式或嵌入式设备例如：移动电话、监视器等发展的3D绘图API。
- 在Android框架中有两个基础类用于使用OpenGL ES创建和处理图形
- GLSurfaceView类是OpenGL ES绘制图形的view容器
- GLSurfaceView.Renderer类是用于控制上述view容器中显示什么内容
Android使用OpenGL ES绘制三角形
- 整个过程比较繁琐，代码也挺多的。因为 OpenGL ES 2.0 是以可编程着色器为基础的，这意味着你绘制任何图形都必须有一
个合适的着色器装载和绑定，比使用固定管线的桌面版本有更多代码。
1. 在manifest中声明使用OpenGL ES 2.0 API
<uses-feature android:glEsVersion="0x00020000" android:required="true" />
0x00020000代表OpenGL ES 2.0版本，3.0版本是0x00030000，3.1版本是0x00030001
若应用需要使用纹理压缩（纹理压缩通过减少内存需求和更有效的使用内存带宽使OpenGL ES应用的性能显著增加）功能，还需在manifest声明所支持的压缩格式，如下：
2. 将Activity的ContentView设为GLSurfaceView
public class OpenGLES20Activity extends Activity {
private GLSurfaceView mGLView;
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
mGLView = new MyGLSurfaceView(this);
setContentView(mGLView);
}
}
3. 构造GLSurfaceView对象
class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView {
private final MyGLRenderer mRenderer;
public MyGLSurfaceView(Context context){
super(context);
// 创建OpenGL ES 2.0的上下文
setEGLContextClientVersion(2);
mRenderer = new MyGLRenderer();
//设置Renderer用于绘图
setRenderer(mRenderer);
//只有在绘制数据改变时才绘制view，可以防止GLSurfaceView帧重绘
setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_WHEN_DIRTY);
}
}
4. 构造GLSurfaceView.Renderer对象
Renderer类提供三个回调方法供Android系统调用，用来计算在GLSurfaceView中绘制什么以及如何绘制。
- onSurfaceCreated()：仅调用一次，用于设置view的OpenGL ES环境
- onDrawFrame()：每次重绘view时调用
- onSurfaceChanged()：当view的几何形状发生变化时调用，比如设备屏幕方向改变时
public class MyGLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {
public void onSurfaceCreated(GL10 unused, EGLConfig config) {
//设置背景色（r,g,b,a）
GLES20.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);//白色不透明
}public void onDrawFrame(GL10 unused) {
//重绘背景色
GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}public void onSurfaceChanged(GL10 unused, int width, int height) {
//绘制窗口
GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
}
}
5. 在定义三角形之前需了解Android和OpenGL ES的坐标系
- Android屏幕左上角为原点，往右为X正方向，往下为Y正方向
- Android屏幕的中心点坐标为OpenGL的原点，方向如下图，并且最大和最小值为1和-1
- 也就是说OpenGL的（-1,1,0）为屏幕的右上角，
6. 定义一个三角形
public class Triangle {
private FloatBuffer vertexBuffer;
//设置每个顶点的坐标数
static final int COORDS_PER_VERTEX = 3;
//设置三角形顶点数组
static float triangleCoords[] = { //默认按逆时针方向绘制
0.0f, 1.0f, 0.0f, // 顶点
-1.0f, -0.0f, 0.0f, // 左下角
1.0f, -0.0f, 0.0f // 右下角
};
// 设置三角形颜色和透明度（r,g,b,a）
float color[] = {0.0f, 1.0f, 0f, 1.0f};//绿色不透明
public Triangle() {
// 初始化顶点字节缓冲区，用于存放形状的坐标
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(
//(每个浮点数占用4个字节
triangleCoords.length * 4);
//设置使用设备硬件的原生字节序
bb.order(ByteOrder.nativeOrder());
//从ByteBuffer中创建一个浮点缓冲区
vertexBuffer = bb.asFloatBuffer();
// 把坐标都添加到FloatBuffer中
vertexBuffer.put(triangleCoords);
//设置buffer从第一个坐标开始读
vertexBuffer.position(0);
}
}
7. 在MyGLRenderer中初始化三角形形状
private Triangle mTriangle;
public void onSurfaceCreated(GL10 unused, EGLConfig config) {
...
//初始化三角形
mTriangle = new Triangle();
}
8. 绘制三角形形状
使用OpenGL ES 2.0绘制一个定义好的形状需要大量的代码，因为必须提供给图形渲染管道很多细节信息
- VertexShader：用于渲染形状的顶点的OpenGL ES图形代码
- FragmentShader：用于渲染形状的外观（颜色或纹理）的OpenGL ES代码
- Program：一个OpenGL ES对象，包含了你想要用来绘制一个或多个形状的shader
至少需要一个vertex shader来绘制一个形状和一个fragment shader来为形状着色
public class Triangle {
private final String vertexShaderCode =
"attribute vec4 vPosition;" +
"void main() {" +
" gl_Position = vPosition;" +
"}";
private final String fragmentShaderCode =
"precision mediump float;" +
"uniform vec4 vColor;" +
"void main() {" +
" gl_FragColor = vColor;" +
"}";
...
}
Shader包含OpenGL Shading Language(GLSL)代码，必须在OpenGL ES环境下先编译再使用。想要编译这些代码，需要在你的Renderer类中创建一个工具类方法：
public static int loadShader(int type, String shaderCode){
//创建一个vertex shader类型(GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
//或一个fragment shader类型(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
int shader = GLES20.glCreateShader(type);
// 将源码添加到shader并编译它
GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);
GLES20.glCompileShader(shader);
return shader;
}
在三角形类中编译shader代码，并将它们添加到一个OpenGL ES program 对象中，然后链接这个program
public class Triangle() {
...
private final int mProgram;
public Triangle() {
...
// 编译shader代码
int vertexShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER,
vertexShaderCode);
int fragmentShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER,
fragmentShaderCode);
// 创建空的OpenGL ES Program
mProgram = GLES20.glCreateProgram();
// 将vertex shader添加到program
GLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);
// 将fragment shader添加到program
GLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);
// 创建可执行的 OpenGL ES program
GLES20.glLinkProgram(mProgram);
}
}
在三角形类中创建一个draw()方法负责绘制形状
private int mPositionHandle;
private int mColorHandle;
private final int vertexCount = triangleCoords.length / COORDS_PER_VERTEX;
private final int vertexStride = COORDS_PER_VERTEX * 4; // 4 bytes per vertex
public void draw() {
// 添加program到OpenGL ES环境中
GLES20.glUseProgram(mProgram);
// 获取指向vertex shader的成员vPosition的handle
mPositionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition");
// 启用一个指向三角形的顶点数组的handle
GLES20.glEnableVertexAttribArray(mPositionHandle);
//准备三角形的坐标数据
GLES20.glVertexAttribPointer(mPositionHandle, COORDS_PER_VERTEX,
GLES20.GL_FLOAT, false,
vertexStride, vertexBuffer);
// 获取指向fragment shader的成员vColor的handle
mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");
// 绘制三角形
GLES20.glUniform4fv(mColorHandle, 1, color, 0);
// Draw the triangle
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);
// 禁用指向三角形的顶点数组
GLES20.glDisableVertexAttribArray(mPositionHandle);
}
9. 在Render类中的onDrawFrame()方法中调用draw()方法
public void onDrawFrame(GL10 unused) {
...
mTriangle.draw();
}
此时运行程序显示如下图：
到这里，三角形已绘制完毕，下一篇介绍添加动作及触摸事件。