Android OpenGL 学习笔记 --开始篇

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1、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。OpenGL  的前身是 SGI 公司为其图形工作站开的 IRIS GL。IRIS GL 是一个工业标准的3D图形软件接口，功能虽然强大但是移植性不好，于是 SGI 公司便在 IRIS GL 的基础上开发 OpenGL  。具体详细的介绍请 点击这里 。

2、OpenGL 的发展历程

　　1992年7月 发布了 OpenGL 1.0 版本，并与微软共同推出 Windows NT 版本的 OpenGL 。

　　1995年 OpenGL 1.1 版本面市，加入了新功能，并引入了纹理特性等等。

　　一直到 2009年8月Khronos小组发布了OpenGL 3.2，这是一年以来OpenGL进行的第三次重要升级。

具体特点及功能、 OpenGL 现状、发展历程、OpenGL 规范、编程入门请 点击这里 。

3、OpenGL  ES 简介

      Android 3D 引擎采用的是OpenGL ES。OpenGL ES是一套为手持和嵌入式系统设计的3D引擎API，由Khronos公司维护。在PC领域，一直有两种标准的3D API进行竞争，OpenGL 和 DirectX。一般主流的游戏和显卡都支持这两种渲染方式，DirectX在Windows平台上有很大的优势，但是 OpenGL 具有更好的跨平台性。

由于嵌入式系统和PC相比，一般说来，CPU、内存等都比PC差很多，而且对能耗有着特殊的要求，许多嵌入式设备并没有浮点运算协处理器，针对嵌入式系统的以上特点，Khronos对标准的 OpenGL 系统进行了维护和改动，以期望满足嵌入式设备对3D绘图的要求。

4、 Android OpenGL ES 简介

Android系统使用 OpenGL 的标准接口来支持3D图形功能，android 3D 图形系统也分为 java 框架和本地代码两部分。本地代码主要实现的 OpenGL 接口的库，在 Java 框架层，javax.microedition.khronos.opengles 是 java标准的 OpenGL 包，android.opengl包提供了 OpenGL 系统和 Android GUI 系统之间的联系。

 5、Android 支持 OpenGL 列表

• 1、GL
• 2、GL 10
• 3、GL 10 EXT
• 4、GL 11
• 5、GL 11 EXT
• 6、GL 11 ExtensionPack

我们将使用 GL10 这个类开始接触 OpenGL ，探索3D 领域。

6、一步一步实现自己的 Renderer 类

在 Android 中我们使用 GLSurfaceView 来显示 OpenGL 视图，该类位于 android.opengl 包里面。它提供了一个专门用于渲染3D 的接口 Renderer 。接下来我们就来一步步构建自己的 Renderer 类。

• 1、为 Renderer 类赶回命名空间
  
  import android.opengl.GLSurfaceView.Renderer;
   
• 2、新建一个类来实现 Renderer 接口，代码如下：
  

  public class ThreeDGl implements Renderer 
  {
  }

   
• 3、如上代码所写，程序实现了 Renderer 类，则必须重写以下方法
  

  public void onDrawFrame(GL10 gl) 
  {
  }
  public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)
  {}
  public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)
  {}

   
• 4、当窗口被创建时需要调用 onSurfaceCreate ，我们可以在这里对 OpenGL 做一些初始化工作，例如：
  

                  // 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(1.0f);                            
          // 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。
  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。
• 5、当窗口大小发生改变时系统将调用 onSurfaceChange 方法，可以在该方法中设置 OpenGL 场景大小 ，代码如下：
  

  //设置OpenGL场景的大小
  gl.glViewport(0, 0, width, height);

   
• 6、场景画出来了，接下来我们就要实现场景里面的内容，比如：设置它的透视图，让它有种越远的东西看起来越小的感觉，代码如下：
  

  //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();    

   
  gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); 指明接下来的代码将影响 projection matrix （投影矩阵），投影矩阵负责为场景增加透视度。
   gl.glLoadIdentity(); 此方法相当于我们手机的重置功能，它将所选择的矩阵状态恢复成原始状态，调用  glLoadIdentity(); 之后为场景设置透视图。
  gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);   指明任何新的变换将会影响 modelview matrix （模型观察矩阵）。
  gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1, 1, 1, 10); 此方法，前面4个参数用于确定窗口的大小，而后面两个参数分别是在场景中所能绘制深度的起点和终点。
• 7、了解了上面两个重写方法的作用和功能之后，第三个方法 onDrawFrame 从字面上理解就知道此方法做绘制图操作的。嗯，没错。在绘图之前，需要将屏幕清除成前面所指定的颜色，清除尝试缓存并且重置场景，然后就可以绘图了， 代码如下：
  

  // 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();

   
• 8、Renderer 类在实现了上面的三个重写之后，在程序入口中只需要调用
  

  Renderer render=new ThreeDGl(this);
      /** Called when the activity is first created. */
      @Override
      public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
          super.onCreate(savedInstanceState);
          GLSurfaceView gview=new GLSurfaceView(this);
          gview.setRenderer(render);
          setContentView(gview);
      }

   
  即可将我们绘制的图形显示出来。

下面分享一段使用Renderer类绘制的三角形和四边形的代码：

 

package com.terry;

import java.nio.IntBuffer;

import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

import android.opengl.GLSurfaceView.Renderer;

public class GLRender implements Renderer{

    float rotateTri,rotateQuad;
    int one=0x10000;
    
    //三角形的一个顶点
    private IntBuffer triggerBuffer=IntBuffer.wrap(new int[]{
            0,one,0,     //上顶点
            -one,-one,0,    //左顶点
            one,-one,0    //右下点
    });
    
    //正方形的四个顶点
    private IntBuffer quateBuffer=IntBuffer.wrap(new int[]{
            one,one,0,
            -one,-one,0,
            one,-one,0,
            -one,-one,0
    });
    
    
    private IntBuffer colorBuffer=IntBuffer.wrap(new int[]{
            one,0,0,one,
            0,one,0,one,
            0,0,one,one
    });
    
    
    
    @Override
    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);
        
        gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FIXED, 0, colorBuffer);
        // 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);
        
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);
        
        //绘制三角形结束
        gl.glFinish();
        
        /***********************/
        /* 渲染正方形 */
        // 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);
        
        //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;
    }

    @Override
    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();    
        
    }

    @Override
    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(1.0f);                            
        // 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);
    }

}

 

到此基本对 OpenGL 有一些了解，当然OpenGL 还有更多的东西需要我们去探索，努力吧。

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