OpenGL ES 基本基本使用、绘制基本2D图形

OpenGL ES 绘制基础图形

OpenGL ES基本概念

OpenGL ES (Embedded-System) 是专为嵌入式设备（如手机、平板、VR 设备）设计的图形 API，是 OpenGL 的轻量级版本。

｜下面是一个Android使用 OpenGL ES的基本框架

  • MainActivity 设置一个 GLSurfaceView 直接显示

class MainActivity : ComponentActivity() {private lateinit var glSurfaceView: GLSurfaceViewoverride fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)glSurfaceView = GLSurfaceView(this)// 设置渲染器glSurfaceView.setRenderer(GLRender())setContentView(glSurfaceView)}override fun onResume() {super.onResume()glSurfaceView.onResume()}override fun onPause() {super.onPause()glSurfaceView.onPause()}
}
  • GLRender 着色器代码已经其内部函数含义，由于没有绘制样式，运行后显示黑色屏幕，因为onSurfaceCreated时将颜色重制为黑色。

class GLRender : Renderer {/*** 应用程序窗口创建时调用的函数* 一般处理一些全局的设置*/override fun onSurfaceCreated(gl: GL10, config: EGLConfig?) {// 设置需要对透视进行修正gl.glHint(GL10.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL10.GL_NICEST)// 设置清理屏幕颜色 RGBA 取值范围为 0-1之间的float数 0 0 0 就是黑色gl.glClearColor(0F, 0F, 0F, 1F)// 启动深度缓存 如果不启动深度缓存效果，后绘制的东西可能会覆盖先绘制的东西。// 启动深度缓存后，按照实际Z值来处理远近效果，更符合3D效果。gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST)}/*** 应用程序窗口改变时调用的函数*/override fun onSurfaceChanged(gl: GL10, width: Int, height: Int) {val ratio: Float = width / height.toFloat()// 设置GL场景的大小gl.glViewport(0, 0, width, height)// 设置投影矩阵为投影矩阵// 定义视锥体（View Frustum）和投影方式（透视或正交），决定物体如何从 3D 空间投影到 2D 屏幕上。// 其他矩阵类型还有模型矩阵，纹理矩阵等gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION)// 重制投影矩阵// 作用是将当前矩阵重置为单位矩阵（Identity Matrix）。// 若不调用该函数，矩阵会保留之前的变换状态，可能导致后续变换叠加在已有变换上，产生非预期的结果gl.glLoadIdentity()// 创建一个透视投影矩阵，设置窗口大小gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1F, 1F, 1F, 10F)}/*** Android在图形绘制时调用的方法，除非设置手动刷新，否则会一直调用。*/override fun onDrawFrame(gl: GL10) {// 清理缓存 颜色和深度gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)// 设置模型视图矩阵gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW)// 重制矩阵gl.glLoadIdentity()// 视角变换，就是观察的方向，眼睛的位置，中心点的位置 和 视线的朝向GLU.gluLookAt(gl,0F,0F,3F,0F,0F,0F,0F,1F,0F)}
}

通过 OpenGL ES 完成 2D图形的绘制。

  • OpenGL的坐标向线如下：
    openGL 坐标

绘制三角形

private val one: Int = 0x10000// 正确创建直接缓冲区private val triggerBuffer: IntBuffer by lazy {// 创建直接缓冲区并设置本地字节序val byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(3 * 3 * 4) // 3个顶点，每个3个分量，每个int占4字节byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder())// 获取 IntBuffer 视图val intBuffer = byteBuffer.asIntBuffer()// 填充顶点数据intBuffer.put(intArrayOf(0, one, 0,        // 顶点1-one, -one, 0,    // 顶点2one, -one, 0      // 顶点3))// 重置位置到起始点intBuffer.position(0)intBuffer}
override fun onDrawFrame(gl: GL10) {// 清理缓存 颜色和深度gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)// 设置模型视图矩阵gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW)// 重制矩阵gl.glLoadIdentity()// 视角变换，就是观察的方向，眼睛的位置，中心点的位置 和 视线的朝向GLU.gluLookAt(gl, 0F, 0F, 3F, 0F, 0F, 0F, 0F, 1F, 0F)// 允许设置顶点gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)// 给三角形设置顶点数组// size 含义代表每个点有 xyz三个方向数据所以size为3；// GL10.GL_FIXED 为整形数据 还可以设置 GL_FLOAT 浮点型，以及其他类型，甚至是无符号类型// 第三个参数代表相邻顶点之间的偏移量，0 表示紧密排列。即下一个顶点数据紧跟当前顶点数据。非0的话代表交替存储顶点数据额外便宜的字节。gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, triggerBuffer)// 绘制三角形 GL_TRIANGLES 代表三角形，开始0 绘制3个点。gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3)// 关闭顶点设置gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)}

上述代码绘制了一个三角形如下：
在这里插入图片描述

需要注意的是创建三角形顶点使用的buffer必须使用直接缓冲区，提高数据读取的速度。

  • 绘制正方形 ， 三角形右侧增加绘制正方形。
// 创建正方形直接缓冲区private val squareBuffer: IntBuffer by lazy {// 创建直接缓冲区并设置本地字节序val byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(4 * 3 * 4) // 4个顶点，每个3个分量，每个int占4字节byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder())// 获取 IntBuffer 视图val intBuffer = byteBuffer.asIntBuffer()// 填充顶点数据intBuffer.put(intArrayOf(one, one, 0,        // 顶点1-one, one, 0,    // 顶点2one, -one, 0,      // 顶点3-one, -one, 0      // 顶点4))// 重置位置到起始点intBuffer.position(0)intBuffer}/*** Android在图形绘制时调用的方法，除非设置手动刷新，否则会一直调用。*/override fun onDrawFrame(gl: GL10) {// 清理缓存 颜色和深度gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)// 设置模型视图矩阵gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW)// 重制矩阵gl.glLoadIdentity()// 视角变换，就是观察的方向，眼睛的位置，中心点的位置 和 视线的朝向GLU.gluLookAt(gl, 0F, 0F, 3F, 0F, 0F, 0F, 0F, 1F, 0F)// 设置模型位置gl.glTranslatef(-2.0F, 0.0F, -4.0F)// 允许设置顶点gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)// 给三角形设置顶点数组// size 含义代表每个点有 xyz三个方向数据所以size为3；// GL10.GL_FIXED 为整形数据 还可以设置 GL_FLOAT 浮点型，以及其他类型，甚至是无符号类型// 第三个参数代表相邻顶点之间的偏移量，0 表示紧密排列。即下一个顶点数据紧跟当前顶点数据。非0的话代表交替存储顶点数据额外便宜的字节。gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, triggerBuffer)// 绘制三角形 GL_TRIANGLES 代表三角形，开始0 绘制3个点。gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3)// 重制模型矩阵gl.glLoadIdentity()// 绘制正方形  两个相同的三角形组成正方形，可以采用三角形的带// 设置模型位置  为了显示效果更小所以 Z 周弄远了。Z越大看起来离我们越近显示效果越大（也可以通过坐标修改）gl.glTranslatef(1F, 0.0F, -6.0F)// 设置顶点数据gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, squareBuffer)// 绘制正方形gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP,0,4)// 关闭顶点设置gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)}

绘制三角形以后，重制模型矩阵gl.glLoadIdentity() ，设置模型位置 gl.glTranslatef，设置顶点数据gl.glVertexPointer，绘制正方形。gl.glDrawArrays。

效果如下
在这里插入图片描述

在0penGL中绘制2D多边形常用的函数以及常量:

  • glEnableClientState/glDisableClientState:状态开关
  • glVertexPointer:设置顶点数据
  • glDrawArrays:绘制函数
  • GL_VERTEX_ARRAY:顶点数组
  • GL_BYTE/GL_SHORT/GL_FIXED/GL_FLOAT:顶点数据的类理
  • GL_LINES:线
  • GL_TRIANGLES:三角形
  • GL_TRIANGLE_STRIP:三角形带

如何绘制颜色

// 创建颜色buffer 分为 RGBA private val colorBuffer: IntBuffer by lazy {// 创建直接缓冲区并设置本地字节序val byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(3 * 4 * 4)byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder())// 获取 IntBuffer 视图val intBuffer = byteBuffer.asIntBuffer()// 填充顶点数据intBuffer.put(intArrayOf(one, 0, 0, one,         // 顶点10, one, 0, one,   // 顶点20, 0, one, one      // 顶点3))// 重置位置到起始点intBuffer.position(0)intBuffer}override fun onDrawFrame(gl: GL10) {// 清理缓存 颜色和深度gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)// 设置模型视图矩阵gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW)// 重制矩阵gl.glLoadIdentity()// 视角变换，就是观察的方向，眼睛的位置，中心点的位置 和 视线的朝向GLU.gluLookAt(gl, 0F, 0F, 3F, 0F, 0F, 0F, 0F, 1F, 0F)// 设置模型位置gl.glTranslatef(-2.0F, 0.0F, -4.0F)// 允许设置顶点gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)// 允许设置颜色数组gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY)gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, colorBuffer)// 给三角形设置顶点数组// size 含义代表每个点有 xyz三个方向数据所以size为3；// GL10.GL_FIXED 为整形数据 还可以设置 GL_FLOAT 浮点型，以及其他类型，甚至是无符号类型// 第三个参数代表相邻顶点之间的偏移量，0 表示紧密排列。即下一个顶点数据紧跟当前顶点数据。非0的话代表交替存储顶点数据额外便宜的字节。gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, triggerBuffer)// 绘制三角形 GL_TRIANGLES 代表三角形，开始0 绘制3个点。gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3)// 绘制完成禁用颜色数组绘制gl.glDisableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY)// 重制模型矩阵gl.glLoadIdentity()// 绘制正方形  两个相同的三角形组成正方形，可以采用三角形的带// 设置模型位置  为了显示效果更小所以 Z 周弄远了。Z越大看起来离我们越近显示效果越大gl.glTranslatef(1F, 0.0F, -6.0F)// 设置顶点数据gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, squareBuffer)// 设置颜色，R G B A 的色值gl.glColor4f(1F, 0F, 0F, 1F)// 绘制正方形gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4)// 关闭顶点设置gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)}

// 设置颜色，R G B A 的色值
gl.glColor4f(1F, 0F, 0F, 1F) 这里只给红色和透明度设置成1 显示效果为红色
给正方形上色，直接采用设置RGBA的方式，单一的颜色

gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, colorBuffer) 给三角形绘制平滑过渡的颜色，需要开启设置颜色数组，使用结束后关闭。

效果如下：
在这里插入图片描述

  • 颜色所需要的常用函数
常用函数及常量
- glColor4f:设置单一颜色
- glColorPointer:设置颜色数组
- GL_COLOR_ARRAY:颜色数组(通过状态开关函数
- glDisableClientState 来操作)
- GL_COLOR_BUFFER_BIT:颜色缓存

图形的变换

OpenGLES有三种不同类型的变换,它们分别是:转移(Translate):在3D空间中移动物体旋转(Rotate):绕X,Y,或者 Z 轴进行旋转缩放(Scale):改变物体的大小
  • 为了防止上述三角形和正方形的位置重叠，进行了 gl.glTranslatef(1F, 0.0F, -6.0F) 这就是平移操作。

gl.glTranslatef(1F, 0.0F, -6.0F) 代表分别在 x y z上分别平移多少距离。

  • 旋转操作
 /*** 定义旋转角度*/var rotate1: Float = 0Fvar rotate2: Float = 0F/*** Android在图形绘制时调用的方法，除非设置手动刷新，否则会一直调用。*/override fun onDrawFrame(gl: GL10) {// 清理缓存 颜色和深度gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)// 设置模型视图矩阵gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW)// 重制矩阵gl.glLoadIdentity()// 视角变换，就是观察的方向，眼睛的位置，中心点的位置 和 视线的朝向GLU.gluLookAt(gl, 0F, 0F, 3F, 0F, 0F, 0F, 0F, 1F, 0F)// 设置模型位置gl.glTranslatef(-2.0F, 0.0F, -4.0F)// 设置旋转角度 设置成了绕Y轴旋转gl.glRotatef(rotate1, 0F, 1F, 0F)// 允许设置顶点gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)// 允许设置颜色数组gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY)gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, colorBuffer)// 给三角形设置顶点数组// size 含义代表每个点有 xyz三个方向数据所以size为3；// GL10.GL_FIXED 为整形数据 还可以设置 GL_FLOAT 浮点型，以及其他类型，甚至是无符号类型// 第三个参数代表相邻顶点之间的偏移量，0 表示紧密排列。即下一个顶点数据紧跟当前顶点数据。非0的话代表交替存储顶点数据额外便宜的字节。gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, triggerBuffer)// 绘制三角形 GL_TRIANGLES 代表三角形，开始0 绘制3个点。gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3)// 绘制完成禁用颜色数组绘制gl.glDisableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY)// 重制模型矩阵gl.glLoadIdentity()// 绘制正方形  两个相同的三角形组成正方形，可以采用三角形的带// 设置模型位置  为了显示效果更小所以 Z 周弄远了。Z越大看起来离我们越近显示效果越大gl.glTranslatef(1F, 0.0F, -6.0F)// 设置绕X轴旋转gl.glRotatef(rotate2, 1F, 0F, 0F)// 设置顶点数据gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, squareBuffer)// 设置颜色，R G B A 的色值gl.glColor4f(1F, 0F, 0F, 1F)// 绘制正方形gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4)// 关闭顶点设置gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY)// 改变旋转角度rotate1 += 0.5Frotate2 += 0.5F}

在这里插入图片描述

上端代码实际上增加了 gl.glRotatef(rotate2, 1F, 0F, 0F) ，参数依次是 角度，x轴 y轴 z轴旋转。看上图效果实际上是动旋转，三角Y轴旋转，正方形一直绕x轴旋转。然后通过改变第一个参数的角度，一直旋转。

  • 放大
// 增加如下代码即可 x y z 放大2倍 
gl.glScalef(2.0F,2.0F,2.0F)

在这里插入图片描述

总结

2D基本图形的绘制；坐标系；着色方式包括单一着色，平滑着色；图形的平移、旋转、缩放。

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