Android平臺下OpenGL圖形編程

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Jayway Team Blog中OpenGL ES簡明開發教程
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OpenGL ES 開發教程
http://www.guidebee.info/wordpress/%E6%95%99%E7%A8%8B/android-opengl-es-%E5%BC%80%E5%8F%91%E6%95%99%E7%A8%8B

http://blog.csdn.net/jason0539/article/details/9164885

https://developer.android.com/guide/topics/graphics/opengl.html

http://www.guidebee.info/wordpress/archives/category/opengl-es

http://blog.csdn.net/mapdigit/article/details/7526556
http://blog.csdn.net/column/details/apidemoopengl.html

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本文只關注於如何一步步實如今Android平臺下運用OpenGl。 

一、GLSurfaceView

 

GLSurfaceView是Android應用程序中實現OpenGl畫圖的重要組成部分。GLSurfaceView中封裝了一個Surface。而android平臺下關於圖像的現實，差很少都是由Surface來實現的。

二、Renderer

 

有了GLSurfaceView以後，就至關於咱們有了畫圖的紙。如今咱們所須要作的就是如何在這張紙上畫圖。因此咱們須要一支筆。
Renderer是GLSurfaceView的內部靜態接口，它就至關於在此GLSurfaceView上做畫的筆。咱們經過實現這個接口來「做畫」。最後經過GLSurfaceView的setRenderer(GLSurfaceView.Renderer renderer)方法，就能夠將紙筆關聯起來了。

實現Renderer須要實現它的三個接口：onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)、 onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)、onDrawFrame(GL10 gl)。下面就這三個接口的具體意義作個簡單的介紹。

2.一、onSurfaceCreated

此方法看名字就知道它是在Surface建立的時候被調用的。所以咱們能夠在這個函數的實現中作一些初始化的工做。例如取出文房四寶、鋪好畫布、調好顏料之類的。它的函數原
型以下：
public abstract void onSurfaceCreated (GL10 gl, EGLConfig config)
第二個參數在文檔中沒有關於它的任何public方法和域。所以咱們能夠不用管它。
第一個參數很是重要。若是說Renderer是畫筆的話，那麼這個gl參數，就能夠說是咱們的手了。如何操做這支畫筆，都是它說了算！因此咱們絕大部分時候都是經過這個叫作gl的手來指揮Renderer畫圖的。

2.2 onSurfaceChanged

當GLSurfaceView大小改變時，對應的Surface大小也會改變。值得注意的是，在Surface剛建立的時候，它的size實際上是0，也就是說在畫第一次圖以前它也會被調用一次的。（並且對於不少時候，Surface的大小是不會改變的，那麼此函數就只在建立之初被調用一次而已）

原型以下：
public abstract void onSurfaceChanged (GL10 gl, int width, int height)
一樣的，畫圖的手是必需的。
另外值得注意的是，它告訴了咱們這張紙有多高多寬。這點很重要。由於在onSurfaceCreated的時候咱們是不知道紙的寬高的，因此有一些和長寬相關的初始化工做還得在此函數中來作。

2.3 onDrawFrame

好了，咱們的初始化工做作得差很少了，那麼如今就是該真刀真槍畫畫的時候了！此函數就是真正給你畫畫用的。每調用一次就畫一幅圖。可能的疑問是這個函數何時會被調
用呢？最開始的時候確定是會被調用的。之後會有兩種模式供你選擇：

1. RENDERMODE_CONTINUOUSLY
2. RENDERMODE_WHEN_DIRTY

第一種模式（RENDERMODE_CONTINUOUSLY）：
接二連三的刷，畫完一幅圖立刻又畫下一幅。這種模式很明顯是用來畫動畫的；

第二種模式（RENDERMODE_WHEN_DIRTY）：
只有在須要重畫的時候才畫下一幅。這種模式就比較節約CPU和GPU一些，適合用來畫不常常須要刷新的狀況。多說一句，系統如何知道須要重畫了呢？固然是你要告訴它……
調用GLSurfaceView的requestRender ()方法，告訴它，你髒了。

這兩種模式在什麼地方設置呢? GLSurfaceView的setRenderMode(int renderMode)方法。能夠供你設置你須要的刷新模式。

仍是來看看這個函數的原型吧： public abstract void onDrawFrame (GL10 gl) 很簡單，只有手。

 

三、 Android下OpenGL繪圖基本流程：

 

咱們從畫一個三角形開始提及：

3.1 MyRender

通過前面的介紹，咱們應該知道如今須要作的事，就是寫好Renderer的三個接口方法。
咱們須要從新寫一個類實現它，而後重寫這三個方法。
class MyRender implements GLSurfaceView.Renderer
OK，筆已經拿好了。「鋪好紙」是很是關鍵的一步。雖然咱們說GLSurfaceView就是咱們做圖的紙，可是「鋪」好這張紙，卻也很是的重要。

 

下面咱們重點講下，這紙該怎麼鋪。OpenGL這張紙可不是通常的紙啊。最起碼，它是三維的。然而實際的顯示屏幕倒是一個平面。因此這紙還很差「鋪」。

首先，不必定整張紙都用來做畫吧，Surface不必定所有都用上（固然，通常狀況下咱們是所有用上的）。那麼咱們須要計劃好，哪部分區域用來做畫。
gl.glViewport(0, 0, width, height);
根據這裏的參數width和height，咱們能夠知道這個寬高須要在onSurfaceChanged裏得知。

而後，這一步很關鍵。如何在平面上畫三維座標的點或圖形呢？OpenGL有一個座標系，以下圖：

咱們須要將這個座標系和咱們的GLSurfaceView裏的Surface作一個映射關係。
glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
gl.glLoadIdentity();
gl.glFrustumf(-400, 400, -240, 240, 0.3f, 100);

 

glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); 是說咱們如今改變的是座標系與Surface的映射關係（投影矩陣）。

下一句 gl.glLoadIdentity(); 是將之前的改變都清掉（以前對投影矩陣的任何改變）。

glFrustumf (float left, float right, float bottom, float top, float zNear, float zFar) 這個函數很是Powerful。它實現了Surface和座標系之間的映射關係。它是以透視投影的方式來進行映射的。

透視投影的意思見下圖：

 

映射說明：
一、 前面一個矩形表示的是咱們平面做圖的範圍。即Surface的做圖範圍。它有四條邊，
咱們將它們暫時命名edgeLeft、edgeRight、edgeTop、edgeBottom。
二、 glFrustumf 參數中的left、right、bottom、top指的是做圖範圍的四條edge在OpenGL x = -400的位置。同理top、right、bottom的值表示的是edgeRight、edgeTop、edgeBottom這幾條邊在座標系中的位置。
三、上面第二點定出了做圖範圍的x和y的範圍。那麼對於3D的OpenGL這張紙來講，咱們還須要定出z的範圍。首先，要想象一下，相機或者眼睛在座標系的哪一個位置？
默認的眼睛的位置在OpenGL座標的原點處(0,0,0)。視線方向是平行於Z軸往裏看。
near表示的是眼睛到做圖平面的距離(絕對值哦！)，far表示眼睛到最遠可見處的平面範圍。因而，默認狀況下z的做圖範圍就是在-near到-far的位置。
四、好了，咱們已經肯定好x、y、z方向的做圖範圍了。回過頭來，就能夠發現，這張「立體」的紙，是一個方椎體切去頭部的平截頭體。咱們所畫的物體座標落在這個區域範圍內的部分將能夠被咱們看到（即在屏幕裏畫出來）。OK，至此，咱們把紙終於鋪好了。

 

glMatrixMode函數的選項(參數)有後面三種：GL_PROJECTION，GL_MODELVIEW和GL_TEXTURE；

• GL_PROJECTION，是投影的意思，就是要對投影相關進行操做，也就是把物體投影到一個平面上，就像咱們照相同樣，把3維物體投到2維的平面上。這樣，接下來的語句能夠是跟透視相關的函數，好比glFrustum()或gluPerspective()；
• GL_MODELVIEW，是對模型視景的操做，接下來的語句描繪一個以模型爲基礎的適應，這樣來設置參數，接下來用到的就是像gluLookAt()這樣的函數；
• GL_TEXTURE，就是對紋理相關進行操做；

順便說下，OpenGL裏面的操做，不少是基於對矩陣的操做的，好比位移，旋轉，縮放，因此，
這裏其實說的規範一點就是glMatrixMode是用來指定哪個矩陣是當前矩陣，而它的參數表明要操做的目標：

• GL_PROJECTION是對投影矩陣操做；
• GL_MODELVIEW是對模型視景矩陣操做；
• GL_TEXTURE是對紋理矩陣進行隨後的操做；

 

 

3.2 畫圖以前先構圖

Android 的 OpenGL 做圖，不一樣於通常的做圖，這點咱們不得不感慨。它將數據和畫徹底分開來。例如，咱們要畫一個三角形。很顯然，三角形有三個點。咱們在畫圖以前首先要構圖，好比每一個點在哪一個地方。咱們將這些數據放在一個一個數組緩衝區中，放好這些數據以後，再統一一塊兒畫出來。

下面，主要講下，如何將頂點數據和顏色數據放入符合 Android OpenGL 的數組緩衝區中。

 

首先咱們要明白的是，OpenGL 是一個很是底層的畫圖接口，它所使用的緩衝區存儲結構是和咱們的 Java 程序中不相同的。Java 是大端字節序(BigEdian)，而 OpenGL 所須要的數據是小端字節序(LittleEdian)。因此，咱們在將 Java 的緩衝區轉化爲 OpenGL 可用的緩衝區時須要做一些工做。

byte 數據緩衝區

無論咱們的數據是整型的仍是浮點型的，爲了完成 BigEdian 到 LittleEdian 的轉換，咱們都首先須要一個 ByteBuffer。咱們經過它來獲得一個能夠改變字節序的緩衝區。

ByteBuffer mBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(pointCount*dimension*4);
mBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder());

注意，咱們應該用「allocateDirect」來分配內存空間，由於這樣才能夠 order 排序。最後咱們就能夠經過：
resultBuffer = mBuffer.asFloatBuffer();
resultBuffer = mBuffer.asIntBuffer();
將字節緩衝區轉化爲整型或者浮點型緩衝區了。

 

 

3.3 終於畫圖了！

有了前面全部的準備工做以後，有一個好消息能夠告訴你，咱們終於能夠畫圖了！並且，有了前面這麼多工做，真正畫圖的工做其實比較簡單。

3.3.一、清理好你的紙

前面咱們說過了，在畫圖以前，必定要把紙給清理乾淨嘍：

gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT);

另外，以前咱們在映射座標系的時候，用了glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);來指定改變的是投影矩陣。那麼如今要畫圖了，因此咱們須要指定改變的是「視圖矩陣」：

gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
gl.glLoadIdentity();

 

3.3.二、啓用數組

咱們的前面說過，畫圖的數據都放在數組緩衝區裏，最後再一塊兒傳過來做畫。那麼咱們首先要告訴 OpenGL，咱們須要用到哪些數組。例如咱們須要頂點數組和顏色數組：

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

 

3.3.三、指定數組數據

咱們前面已經構造好了咱們的數據緩衝區，floatBuffer（或 IntBuffer）。如今咱們只須要將這個數據緩衝區和對應的功能綁定起來就行了：

gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, VertexBuffer);
gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FLOAT, 0, colorBuffer);

這兩句話分別綁定了頂點數據數組和顏色數據數組。其中第一個參數表示的是每一個點有幾個座標。例如頂點，有 x、y、z值，因此是 3；而顏色是 r、g、b、a 值，因此是 4。

 

3.3.四、畫圖！

gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3);

第一個參數指明瞭畫圖的類型——三角形（android 彷佛只支持畫三角形、點、線，不支持畫多邊形）。後面兩個參數指明，從哪一個頂點開始畫，畫多少個頂點。

 

OK！至此，咱們的第一個三角形就畫出來了，來看看效果吧。