OpenglEs之三角形绘制

在前面我们已经在NDK层搭建好了EGL环境,也介绍了一些着色器相关的理论知识,那么这次我们就使用已经搭配的EGL绘制一个三角形吧。

在Opengl ES的世界中,无论多复杂的形状都是由点、线或三角形组成的。因此三角形的绘制在Opengl ES中相当重要,犹比武林高手的内功心法...

坐标系

在Opengl ES中有很多坐标系,今天我们首先了解一些标准化的设备坐标。

标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC),一旦你的顶点坐标已经在顶点着色器中处理过,它们就是标准化设备坐标了,
标准化设备坐标是一个x、y和z的值都在-1.0到1.0的之间,任何落在-1和1范围外的坐标都会被丢弃/裁剪,不会显示在你的屏幕上。

如下图,在在标准化设备坐标中,假设有一个正方形的屏幕,那么屏幕中心就是坐标原点,左上角就是坐标(-1,1),右下角则是坐标(1,-1)。
OpenglEs之三角形绘制

上代码

这里需要说明亮点:

  1. 在后续的实战例子中,经常会复用到前面介绍的demo的代码,因此如果是复用之前的代码逻辑,为了节省篇幅,笔者就不重复贴了。
  2. 在demo中为了简洁,并没有开启子线程作为GL线程,很明显这是不对,实际开发中都应该开启子线程对Opengl进行操作。

首先为了后续方便使用,我们在Java层和C++分别创建一个BaseOpengl的基类:

BaseOpengl.java  public class BaseOpengl {      // 三角形     public static final int DRAW_TYPE_TRIANGLE = 0;      public long glNativePtr;     protected EGLHelper eglHelper;     protected int drawType;      public BaseOpengl(int drawType) {         this.drawType = drawType;         this.eglHelper = new EGLHelper();     }      public void surfaceCreated(Surface surface) {         eglHelper.surfaceCreated(surface);     }      public void surfaceChanged(int width, int height) {         eglHelper.surfaceChanged(width,height);     }      public void surfaceDestroyed() {         eglHelper.surfaceDestroyed();     }      public void release(){         if(glNativePtr != 0){             n_free(glNativePtr,drawType);             glNativePtr = 0;         }     }      public void onGlDraw(){         if(glNativePtr == 0){             glNativePtr = n_gl_nativeInit(eglHelper.nativePtr,drawType);         }         if(glNativePtr != 0){             n_onGlDraw(glNativePtr,drawType);         }     }      // 绘制     private native void n_onGlDraw(long ptr,int drawType);     protected native long n_gl_nativeInit(long eglPtr,int drawType);     private native void n_free(long ptr,int drawType);  } 

下面是C++的BaseOpengl:

BaseOpengl.h  #ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_BASEOPENGL_H #define NDK_OPENGLES_LEARN_BASEOPENGL_H #include "../eglhelper/EglHelper.h" #include "GLES3/gl3.h" #include <string>  class BaseOpengl { public:     EglHelper *eglHelper;     GLint program{0};  public:     BaseOpengl();     // 析构函数必须是虚函数     virtual ~BaseOpengl();     // 加载着色器并链接成程序     void initGlProgram(std::string ver,std::string fragment);     // 绘制     virtual void onDraw() = 0; };   #endif //NDK_OPENGLES_LEARN_BASEOPENGL_H 

注意基类的析构函数一定要是虚函数,为什么?如果不是虚函数的话则会导致无法完全析构,具体原因请大家面向搜索引擎编程。

BaseOpengl.cpp  #include "BaseOpengl.h" #include "../utils/ShaderUtils.h"  BaseOpengl::BaseOpengl() {  }  void BaseOpengl::initGlProgram(std::string ver, std::string fragment) {     program = createProgram(ver.c_str(),fragment.c_str()); }  BaseOpengl::~BaseOpengl(){     eglHelper = nullptr;     if(program != 0){         glDeleteProgram(program);     } } 

然后使用BaseOpengl自定义一个SurfaceView,为MyGLSurfaceView:

public class MyGLSurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {      public BaseOpengl baseOpengl;     private OnDrawListener onDrawListener;      public MyGLSurfaceView(Context context) {         this(context,null);     }      public MyGLSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {         super(context, attrs);         getHolder().addCallback(this);     }      public void setBaseOpengl(BaseOpengl baseOpengl) {         this.baseOpengl = baseOpengl;     }      public void setOnDrawListener(OnDrawListener onDrawListener) {         this.onDrawListener = onDrawListener;     }      @Override     public void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {         if(null != baseOpengl){             baseOpengl.surfaceCreated(surfaceHolder.getSurface());         }     }      @Override     public void surfaceChanged(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder, int i, int w, int h) {         if(null != baseOpengl){             baseOpengl.surfaceChanged(w,h);         }         if(null != onDrawListener){             onDrawListener.onDrawFrame();         }     }      @Override     public void surfaceDestroyed(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {         if(null != baseOpengl){             baseOpengl.surfaceDestroyed();         }     }      public interface OnDrawListener{         void onDrawFrame();     } } 

有了以上基类,既然我们的目标是绘制一个三角形,那么我们在Java层和C++层再新建一个TriangleOpengl的类吧,他们都继承TriangleOpengl:

TriangleOpengl.java  public class TriangleOpengl extends BaseOpengl{      public TriangleOpengl() {         super(BaseOpengl.DRAW_TYPE_TRIANGLE);     }  } 

C++ TriangleOpengl类,TriangleOpengl.h:

 #ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_TRIANGLEOPENGL_H #define NDK_OPENGLES_LEARN_TRIANGLEOPENGL_H #include "BaseOpengl.h"  class TriangleOpengl: public BaseOpengl{ public:     TriangleOpengl();     virtual ~TriangleOpengl();     virtual void onDraw();  private:     GLint positionHandle{-1};     GLint colorHandle{-1}; };   #endif //NDK_OPENGLES_LEARN_TRIANGLEOPENGL_H 

TriangleOpengl.cpp:

 #include "TriangleOpengl.h" #include "../utils/Log.h"  // 定点着色器 static const char *ver = "#version 300 esn"                          "in vec4 aColor;n"                          "in vec4 aPosition;n"                          "out vec4 vColor;n"                          "void main() {n"                          "    vColor = aColor;n"                          "    gl_Position = aPosition;n"                          "}";  // 片元着色器 static const char *fragment = "#version 300 esn"                               "precision mediump float;n"                               "in vec4 vColor;n"                               "out vec4 fragColor;n"                               "void main() {n"                               "    fragColor = vColor;n"                               "}";  // 三角形三个顶点 const static GLfloat VERTICES[] = {         0.0f,0.5f,         -0.5f,-0.5f,         0.5f,-0.5f };  // rgba const static GLfloat COLOR_ICES[] = {         0.0f,0.0f,1.0f,1.0f };  TriangleOpengl::TriangleOpengl():BaseOpengl() {     initGlProgram(ver,fragment);     positionHandle = glGetAttribLocation(program,"aPosition");     colorHandle = glGetAttribLocation(program,"aColor");     LOGD("program:%d",program);     LOGD("positionHandle:%d",positionHandle);     LOGD("colorHandle:%d",colorHandle); }  TriangleOpengl::~TriangleOpengl() noexcept {  }  void TriangleOpengl::onDraw() {     LOGD("TriangleOpengl onDraw");     glClearColor(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);     glUseProgram(program);     /**      * size 几个数字表示一个点,显示是两个数字表示一个点      * normalized 是否需要归一化,不用,这里已经归一化了      * stride 步长,连续顶点之间的间隔,如果顶点直接是连续的,也可填0      */     glVertexAttribPointer(positionHandle,2,GL_FLOAT,GL_FALSE,0,VERTICES);     // 启用顶点数据     glEnableVertexAttribArray(positionHandle);      // 这个不需要glEnableVertexAttribArray     glVertexAttrib4fv(colorHandle, COLOR_ICES);      glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,3);      glUseProgram(0);      // 禁用顶点     glDisableVertexAttribArray(positionHandle);     if(nullptr != eglHelper){         eglHelper->swapBuffers();     }     LOGD("TriangleOpengl onDraw--end"); }  

在前面的章节中我们介绍了着色器的创建、编译、链接等,但是缺少了具体使用方式,这里我们补充说明一下。

着色器的使用只要搞懂如何传递数据给着色器中变量。首先我们需要获取到着色器程序中的变量,然后赋值。

我们看上面的TriangleOpengl.cpp的构造函数:

TriangleOpengl::TriangleOpengl():BaseOpengl() {     initGlProgram(ver,fragment);     // 获取aPosition变量     positionHandle = glGetAttribLocation(program,"aPosition");     // 获取aColor     colorHandle = glGetAttribLocation(program,"aColor");     LOGD("program:%d",program);     LOGD("positionHandle:%d",positionHandle);     LOGD("colorHandle:%d",colorHandle); } 

由上,我们通过函数glGetAttribLocation获取了变量aPosition和aColor的句柄,这里我们定义的aPosition和aColor是向量变量,如果我们定义的是uniform统一变量的话,则需要使用函数glGetUniformLocation获取统一变量句柄。
有了这些变量句柄,我们就可以通过这些变量句柄传递函数给着色器程序了,具体可参考TriangleOpengl.cpp的onDraw函数。

此外如果变量是一个统一变量(uniform)的话,则通过一系列的 glUniform...函数传递参数。

这里说明一下函数glVertexAttribPointer的stride参数,一般情况下不会用到,传递0即可,但是如果需要提高性能,例如将顶点坐标和纹理/颜色坐标等放在同一个数组中传递,则需要使用到这个stride参数了,目前顶点坐标数组和其他数组是分离的,暂时可以不管。

在Activity中调用一下测试结果:

public class DrawTriangleActivity extends AppCompatActivity {      private TriangleOpengl mTriangleOpengl;      @Override     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {         super.onCreate(savedInstanceState);         setContentView(R.layout.activity_draw_triangle);         MyGLSurfaceView glSurfaceView = findViewById(R.id.my_gl_surface_view);         mTriangleOpengl = new TriangleOpengl();         glSurfaceView.setBaseOpengl(mTriangleOpengl);         glSurfaceView.setOnDrawListener(new MyGLSurfaceView.OnDrawListener() {             @Override             public void onDrawFrame() {                 mTriangleOpengl.onGlDraw();             }         });     }      @Override     protected void onDestroy() {         if(null != mTriangleOpengl){             mTriangleOpengl.release();         }         super.onDestroy();     } } 

如果运行起来,看到一个蓝色的三角形,则说明三角形绘制成功啦!
OpenglEs之三角形绘制

源码

想来还是不贴源码链接了,纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。很多时候就是这样,你看着觉得很简单,实际如何还得动手敲,只有在敲的过程中出了问题,然后你解决了,只是才算是你的。

在这个系列完毕后再贴出整个项目demo的代码吧。。。

往期笔记

OpenglEs之EGL环境搭建
OpenglEs之着色器

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OpenglEs之三角形绘制

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