目录

  • 前言:
  • OpenGL是什么:
  • 如何使用:
  • 1.设置OpenGL版本
  • 2.创建GLSurfaceView实例
  • 3.实现Renderer接口
  • 4.绘制三角形
  • 定义图形
  • 绘制图形
  • 5.投影和相机视图
  • 6.增加动画
  • 7.项目地址:
  • 总结:


前言:

前段时间,闲来无事,打算研究一下自定义camera开发,发现用到了OpenGL,所以打算自学一下,顺便写几篇文章记录一下。


OpenGL是什么:

学习OpenGl先了解一下,它是一个什么东西?

OpenGL 是一种跨平台的图形 API,用于为 3D 图形处理硬件指定标准的软件接口。

这是官方给它的一个定义,当然我们从事Android开发,有专门的库即OpenGL ES,它遵循OpenGL规范,适用于嵌入式设备。


如何使用:

在了解了它是什么后,我们再来了解一下如何使用。OpenGL ES提供了两个类让我们使用,GLSurfaceViewGLSurfaceView.Renderer

GLSurfaceView
继承自SurfaceView,并增加了 Renderer ,他的作用是给OpenGl显示渲染使用的。
GLSurfaceView.Renderer
Renderer主要是提供了绘制图形所需要的方法:

onSurfaceCreated():系统会在创建 GLSurfaceView
时调用一次此方法。使用此方法可执行仅需发生一次的操作,例如设置 OpenGL 环境参数或初始化 OpenGL 图形对象。
onDrawFrame():系统会在每次重新绘制 GLSurfaceView
时调用此方法。请将此方法作为绘制(和重新绘制)图形对象的主要执行点。
onSurfaceChanged():系统会在GLSurfaceView 几何图形发生变化(包括 GLSurfaceView大小发生变化或设备屏幕方向发生变化)时调用此方法。例如,系统会在设备屏幕方向由纵向变为横向时调用此方法。使用此方法可响应GLSurfaceView 容器中的更改。

1.设置OpenGL版本

使用OpenGL之前,我们首先要在配置文件,设置支持的版本,我们这里使用2.0

<uses-feature android:glEsVersion="0x00020000" android:required="true" />

2.创建GLSurfaceView实例

private lateinit var customGlSurfaceView: CustomGlSurfaceView
    
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        customGlSurfaceView = CustomGlSurfaceView(this)
        setContentView(customGlSurfaceView)
    }

我这里自定义一个GLSurfaceView,只是在初始化的时候,设置了一个Renderer

class CustomGlSurfaceView(context: Context?) : GLSurfaceView(context) {
    private val mRenderer: CustomRenderer

    init {
        // Create an OpenGL ES 2.0 context
        setEGLContextClientVersion(2)
        mRenderer = CustomRenderer()

        // Set the Renderer for drawing on the GLSurfaceView
        setRenderer(mRenderer)
    }
}

3.实现Renderer接口

override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        // Set the background frame color
        GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height);    }

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        // Redraw background color
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    }

主要实现了Renderer绘制图形的几个方法,实现效果如下:

android opengl 交互 android opengl开发_ide

4.绘制三角形

定义图形

// number of coordinates per vertex in this array
    const val COORDS_PER_VERTEX = 3
    var triangleCoords = floatArrayOf(     // in counterclockwise order:
            0.0f, 0.622008459f, 0.0f,      // top
            -0.5f, -0.311004243f, 0.0f,    // bottom left
            0.5f, -0.311004243f, 0.0f      // bottom right
    )

    class Triangle {

        // Set color with red, green, blue and alpha (opacity) values
         val color = floatArrayOf(1.0f, 0f, 0f, 1.0f,
            0f, 1.0f, 0f, 1.0f,
            0f, 0f, 1.0f, 1.0f)

        private var vertexBuffer: FloatBuffer =
                // (number of coordinate values * 4 bytes per float)
                ByteBuffer.allocateDirect(triangleCoords.size * 4).run {
                    // use the device hardware's native byte order
                    order(ByteOrder.nativeOrder())

                    // create a floating point buffer from the ByteBuffer
                    asFloatBuffer().apply {
                        // add the coordinates to the FloatBuffer
                        put(triangleCoords)
                        // set the buffer to read the first coordinate
                        position(0)
                    }
                }
    }

绘制图形

定义完图形后,绘制图形必须向图形渲染管道提供大量详细信息,主要需要以下几个基本信息:

  • 顶点着色程序 - 用于渲染形状的顶点的 OpenGL ES 图形代码。
  • 片段着色程序 - 用于使用颜色或纹理渲染形状面的 OpenGL ES 代码。
  • 程序 - 包含您希望用于绘制一个或多个形状的着色程序的 OpenGL ES 对象。

首先定义着色器代码:

private val vertexShaderCode =
                "attribute vec4 vPosition;" +
                "void main() {" +
                "  gl_Position = vPosition;" +
                "}"

        private val fragmentShaderCode =
                "precision mediump float;" +
                "uniform vec4 vColor;" +
                "void main() {" +
                "  gl_FragColor = vColor;" +
                "}"

然后将着色器代码加入到OpenGL ES 程序对象中:

private var mProgram: Int

        init {
            ...

            val vertexShader: Int = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode)
            val fragmentShader: Int = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)

            // create empty OpenGL ES Program
            mProgram = GLES20.glCreateProgram().also {

                // add the vertex shader to program
                GLES20.glAttachShader(it, vertexShader)

                // add the fragment shader to program
                GLES20.glAttachShader(it, fragmentShader)

                // creates OpenGL ES program executables
                GLES20.glLinkProgram(it)
            }
        }

然后再定义一个draw方法绘制:

private var positionHandle: Int = 0
    private var mColorHandle: Int = 0

    private val vertexCount: Int = triangleCoords.size / COORDS_PER_VERTEX
    private val vertexStride: Int = COORDS_PER_VERTEX * 4 // 4 bytes per vertex

    fun draw() {
        // Add program to OpenGL ES environment
        GLES20.glUseProgram(mProgram)

        // get handle to vertex shader's vPosition member
        positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition").also {

            // Enable a handle to the triangle vertices
            GLES20.glEnableVertexAttribArray(it)

            // Prepare the triangle coordinate data
            GLES20.glVertexAttribPointer(
                    it,
                    COORDS_PER_VERTEX,
                    GLES20.GL_FLOAT,
                    false,
                    vertexStride,
                    vertexBuffer
            )

            // get handle to fragment shader's vColor member
            mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor").also { colorHandle ->

                // Set color for drawing the triangle
                GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0)
            }

            // Draw the triangle
            GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount)

            // Disable vertex array
            GLES20.glDisableVertexAttribArray(it)
        }
    }

在Renderer中,创建一个三角形

private lateinit var mTriangle: Triangle2
   
   override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        // Set the background frame color
        GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)
        // initialize a triangle
        mTriangle = Triangle2()
    }

最后在onDrawFrame()方法中调用draw()方法

override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
...
mTriangle.draw()
}

运行效果如下:

android opengl 交互 android opengl开发_opengl_02

5.投影和相机视图

我们看上面的图形有点变形,这是因为坐标系不一样,OpenGL展示的视图显示到Android上面的图形有偏差,需要我们做个校正。
在 OpenGL ES 中,通过投影和相机视图,使显示的绘制对象更接近,投影和相机视图,官方定义:

  • 投影 - 这种转换可根据显示绘制对象的 GLSurfaceView 的宽度和高度调整绘制对象的坐标。如果不进行这种计算,OpenGL ES 绘制的对象会被不等比例的视图窗口所扭曲。通常只有在渲染程序的 onSurfaceChanged() 方法中确定或更改
    OpenGL 视图的比例时,才需要计算投影转换。如需详细了解 OpenGL ES 投影和坐标映射,请参阅映射绘制对象的坐标。
  • 相机视图 - 这种转换可根据虚拟相机的位置调整绘制对象的坐标。请务必注意,OpenGL ES 不会定义实际的相机对象,而是通过转换绘制对象的显示方式提供模拟相机的实用程序方法。相机视图转换可能仅在您确定 GLSurfaceView
    时计算一次,也可能会根据用户操作或应用的功能动态变化。

概念总是晦涩难懂的,我们看代码
首先定义投影:

private val vPMatrix = FloatArray(16)
    private val projectionMatrix = FloatArray(16)
    private val viewMatrix = FloatArray(16)

    override fun onSurfaceChanged(unused: GL10, width: Int, height: Int) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height)

        val ratio: Float = width.toFloat() / height.toFloat()

        // this projection matrix is applied to object coordinates
        // in the onDrawFrame() method
        Matrix.frustumM(projectionMatrix, 0, -ratio, ratio, -1f, 1f, 3f, 7f)
    }

相机视图:

// Set the camera position (View matrix)
        Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0, 0f, 0f, -3f, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f)

        // Calculate the projection and view transformation
        Matrix.multiplyMM(vPMatrix, 0, projectionMatrix, 0, viewMatrix, 0)

        // Draw shape
        triangle.draw(vPMatrix)

应用投影和相机转换,在之前的顶点着色器代码基础上,修改如下:

private val vertexShaderCode2 =
    // This matrix member variable provides a hook to manipulate
            // the coordinates of the objects that use this vertex shader
            "uniform mat4 uMVPMatrix;" +
                    "attribute vec4 vPosition;" +
                    "void main() {" +
                    // the matrix must be included as a modifier of gl_Position
                    // Note that the uMVPMatrix factor *must be first* in order
                    // for the matrix multiplication product to be correct.
                    "  gl_Position = uMVPMatrix * vPosition;" +
                    "}"

最后改造我们之前的draw()方法,加入如下代码:

fun draw(mvpMatrix: FloatArray) { // pass in the calculated transformation matrix

        // get handle to shape's transformation matrix
        vPMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(program, "uMVPMatrix")

        // Pass the projection and view transformation to the shader
        GLES20.glUniformMatrix4fv(vPMatrixHandle, 1, false, mvpMatrix, 0)

        // Draw the triangle
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount)

        // Disable vertex array
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(positionHandle)
    }

最终经过投影和相机视图转换的效果如下:

android opengl 交互 android opengl开发_opengles_03


这样看起来是不是正常多了。

6.增加动画

在这基础上,我们可以增加动画:

// 添加动画
        val scratch = FloatArray(16)
//        // Create a rotation transformation for the triangle
        val time = SystemClock.uptimeMillis() % 4000L
        val angle = 0.090f * time.toInt()
        Matrix.setRotateM(rotationMatrix, 0, angle, 0f, 0f, -1.0f)
        Matrix.multiplyMM(scratch, 0, vPMatrix, 0, rotationMatrix, 0)
        mTriangle.draw(scratch)

效果如下:

android opengl 交互 android opengl开发_opengles_04


增加触摸事件效果如下:

android opengl 交互 android opengl开发_opengl_05

7.项目地址:

参考例子地址:GitHub地址,觉得不错的给个🌟。


总结:

最后总结一下,OpenGL是一种跨平台图形API,Android上面使用的是OpenGL ES,提供我们真正代码使用的是GLSurfaceView和Renderer,它有着类似自己的语言即顶点着色器和片段着色代码,以及程序,由于坐标系的差别,我们需要用到投影和相机视图进行转换,使得用OpenGL ES写的代码更加接近真实场景,最后我们可以通过增加动画和添加touch事件,可以让我们的效果更加灵活多变,更加完美。