OpenGL

什么是 OpenGL?

　　OpenGL 是个专业的3D程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层3D图形库。

　　android.opengl包提供了 OpenGL 系统和 Android GUI 系统之间的联系。

最基本的几个类：

　　1. android.opengl.GLSurfaceView

　　　　使用Activity来显示GLSurfaceView组件。通过setContentView(GLSurfaceView);

　　2. android.opengl.GLSurfaceView.Renderer

　　　　渲染图层的通过GLSurfaceView.setRendere(GLSurfaceView.Renderer);

abstract void onDrawFrame(GL10 gl) //绘制GLSurfaceView的当前帧 
abstract void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) //当GLSurfaceView被创建时回调该方法。
abstract void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) //当GLSurfaceView的大小改变的时回调该方法。

　　3. javax.microedition.khronos.opengles.GL10

　　　　Graphics Library后面的数字，很简单GLES20是2.0用的，GL10是1.0用的。

　　4. java.nio.ByteBuffer

　　　　byte 数据缓冲区，Java 是大端字节序(BigEdian)，而 OpenGL 所需要的数据是小端字节序(LittleEdian)。

　　　　所以，我们在将 Java 的缓冲区转化为 OpenGL 可用的缓冲区时需要作一些工作。

　　　　不管我们的数据是整型的还是浮点型的，为了完成 BigEdian 到 LittleEdian 的转换，我们都首先需要一个 ByteBuffer

onSurfaceCreated：

public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 启用阴影平滑
        gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);
        // 黑色背景
        gl.glClearColor(0, 0, 0, 0);
        // 设置深度缓存
        gl.glClearDepthf(122.0f);
        // 启用深度测试
        gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST);
        // 所作深度测试的类型
        gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL);
        // 告诉系统对透视进行修正
        gl.glHint(GL10.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL10.GL_FASTEST);
    }

glHint ：用于告诉 OpenGL 我们希望进行最好的透视修正，这会轻微地影响性能，但会使得透视图更好看。

glClearColor：设置清除屏幕时所用的颜色，色彩值的范围从 0.0f~1.0f 大小从暗到这的过程。也可以用一下代码。

　　*gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清楚屏幕和深度缓存

glShadeModel：用于启用阴影平滑度。阴影平滑通过多边形精细地混合色彩，并对外部光进行平滑。

glDepthFunc：为将深度缓存设想为屏幕后面的层，它不断地对物体进入屏幕内部的深度进行跟踪。

glEnable：启用深度测试。

onSurfaceChanged：

public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
        // TODO Auto-generated method stub

        float ratio = (float) width / height;
        // 设置OpenGL场景的大小
        gl.glViewport(0, 0, width, height);
        // 设置投影矩阵
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
        // 重置投影矩阵
        gl.glLoadIdentity();
        // 设置视口的大小
        gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1, 1, 1, 10);
        // 选择模型观察矩阵
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
        // 重置模型观察矩阵
        gl.glLoadIdentity();

    }

添加透视图：

我们需要将一个坐标系和我们的GLSurfaceView里的Surface做一个映射关系。

glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); 是说我们现在改变的是坐标系与Surface的映射关系（投影矩阵）。

gl.glLoadIdentity(); 是将以前的改变都清掉（之前对投影矩阵的任何改变）。

glFrustumf (float left, float right, float bottom, float top, float zNear, float zFar) 它实现了Surface和坐标系之间的映射关系。它是以透视投影的方式来进行映射的。

透视投影的意思见下图：

glMatrixMode函数的选项(参数)有后面三种：

GL_PROJECTION，是投影的意思，就是要对投影相关进行操作，也就是把物体投影到一个平面上，就像我们照相一样，把3维物体投到2维的平面上。这样，接下来的语句可以是跟透视相关的函数，比如glFrustum()或gluPerspective()；
GL_MODELVIEW，是对模型视景的操作，接下来的语句描绘一个以模型为基础的适应，这样来设置参数，接下来用到的就是像gluLookAt()这样的函数；
GL_TEXTURE，就是对纹理相关进行操作；

顺便说下，OpenGL里面的操作，很多是基于对矩阵的操作的，比如位移，旋转，缩放，所以，
这里其实说的规范一点就是glMatrixMode是用来指定哪一个矩阵是当前矩阵，而它的参数代表要操作的目标：

GL_PROJECTION是对投影矩阵操作；
GL_MODELVIEW是对模型视景矩阵操作；
GL_TEXTURE是对纹理矩阵进行随后的操作；

onDrawFrame：

public void onDrawFrame(GL10 gl) {
        // TODO Auto-generated method stub

        // 清除屏幕和深度缓存
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        // 重置当前的模型观察矩阵
        gl.glLoadIdentity();

        // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
        gl.glTranslatef(-1.5f, 0.0f, -6.0f);
        // 设置旋转
        gl.glRotatef(rotateTri, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
        // 设置定点数组
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        // 设置颜色数组
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);
        ByteBuffer vbb = ByteBuffer.allocateDirect(colors.length * 4);
        vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());
        colorBuffer = vbb.asIntBuffer();
        colorBuffer.put(colors);
        colorBuffer.position(0);
        gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, colorBuffer);
        vbb.clear();
        vbb = ByteBuffer.allocateDirect(trigger.length * 4);
        vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());
        triggerBuffer = vbb.asIntBuffer();
        triggerBuffer.put(trigger);
        triggerBuffer.position(0);
        // 设置三角形顶点
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, triggerBuffer);
        // 绘制三角形
        gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3);
　　　　 //取消颜色数组
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);

        // 绘制三角形结束
        gl.glFinish();

        // 重置当前的模型观察矩阵
        gl.glLoadIdentity();

        // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
        gl.glTranslatef(1.5f, 0.0f, -6.0f);

        // 设置当前色为蓝色
        gl.glColor4f(0.5f, 0.5f, 1.0f, 1.0f);
        // 设置旋转
        gl.glRotatef(rotateQuad, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
        vbb.clear();
        vbb = ByteBuffer.allocateDirect(quates.length * 4);
        vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());
        quateBuffer = vbb.asIntBuffer();
        quateBuffer.put(quates);
        quateBuffer.position(0);
        // 设置和绘制正方形
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, quateBuffer);
        gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);

        // 绘制正方形结束
        gl.glFinish();

        // 取消顶点数组
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

        // 改变旋转的角度
        rotateTri += 0.5f;
        rotateQuad -= 0.5f;
    }

先清空缓存：

// 清除屏幕和深度缓存
 gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// 重置当前的模型观察矩阵
 gl.glLoadIdentity();

构图：

有关位置，旋转相关就不说明了重要的是为什么使用ByteBuffer：

不管我们的数据是整型的还是浮点型的，为了完成 BigEdian 到 LittleEdian 的转换，我们都首先需要一个 ByteBuffer。我们通过它来得到一个可以改变字节序的缓冲区。

glVertexPointer 设置顶点位置数据时，需要ByteBuffer等，必须是native Buffer 。

对于FloatBuffer不可以直接用FloatBuffer.wrap将float[]数组转为FloatBuffer，会报如下错误

　　“ Must use a native order direct Buffer”

可以使用如下函数进行转化：

private FloatBuffer floatBufferUtil(float[] arr)
{
    FloatBuffer mBuffer;
    // 初始化ByteBuffer，长度为arr数组的长度*4，因为一个int占4个字节
    ByteBuffer qbb = ByteBuffer.allocateDirect(arr.length * 4);
    // 数组排列用nativeOrder
    qbb.order(ByteOrder.nativeOrder());
    mBuffer = qbb.asFloatBuffer();
    mBuffer.put(arr);
    mBuffer.position(0);
    return mBuffer;
}

在下一个图形绘制之前需要把颜色数组清空了。

//取消颜色数组
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);

对应的是

// 设置颜色数组
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);

不取消颜色数组那么下一个图与第一个图的颜色是一样。

但是不要忘了不要把顶点数组给清空了，那么第一个图就不显示了。相关代码如下：

// 取消顶点数组
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

对应的

// 设置定点数组
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

设置顶点坐标与取消顶点数组都仅仅是通知GL，颜色也一样。

加载数据：

那么具体的数据当然是数组的形式

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

这两句话分别绑定了顶点数据数组和颜色数据数组。

其中第一个参数表示的是每个点有几个坐标。例如顶点，有 x、y、z值，所以是 3；

而颜色是 r、g、b、a 值，所以是 4。

绘图：

数据有了那么需要画出来。

// 设置和绘制正方形
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FIXED, 0, quateBuffer);
        gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);

第一个参数指明了画图的类型——三角形（android 似乎只支持画三角形、点、线，不支持画多边形）。

后面两个参数指明，从哪个顶点开始画，画多少个顶点。

还有第二个图开始画的时候必要的时候重置一下

// 重置当前的模型观察矩阵
        gl.glLoadIdentity();

加载surfaceView:

public class AndroidGLDemo extends Activity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        GLSurfaceView glView = new GLSurfaceView(this);
        AndroidGLDemoRenderer renderer = new AndroidGLDemoRenderer();
        glView.setRenderer(renderer);
        setContentView(glView);
    }
}