OpenGL精简案例一

文章目录

  • 案例一 绘制点线面
    • 定义Renderer
    • 顶点着色器
    • 片段着色器
      • 内置的特殊变量
    • 应用场景
    • 工具ShaderHelper
    • 工具 TextResourceReader
    • 效果图如下
  • 结论

案例一 绘制点线面

定义Renderer


import android.content.Context;
import android.opengl.GLES20;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.util.Log;import com.guide.opengllib.R;
import com.guide.opengllib.simple.ShaderHelper;
import com.guide.opengllib.simple.TextResourceReader;import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;import static android.opengl.GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT;
import static android.opengl.GLES20.GL_FLOAT;
import static android.opengl.GLES20.GL_LINES;
import static android.opengl.GLES20.GL_POINTS;
import static android.opengl.GLES20.GL_TRIANGLE_FAN;
import static android.opengl.GLES20.glClear;
import static android.opengl.GLES20.glClearColor;
import static android.opengl.GLES20.glDrawArrays;
import static android.opengl.GLES20.glEnableVertexAttribArray;
import static android.opengl.GLES20.glGetAttribLocation;
import static android.opengl.GLES20.glVertexAttribPointer;
import static android.opengl.GLES20.glViewport;/***/
public class CRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {private String TAG = "Qm";//缓冲区private final FloatBuffer vertexData;//上下文private Context context;//float buffer大小private static final int BYTES_PER_FLOAT = 4;//程序private int program;//颜色着色器引用private int aColorLocation;//顶点着色器引用private int aPositionLocation;//glsl 颜色着色器坐标private static final String A_COLOR = "a_Color";//glsl 顶点着色器坐标private static final String A_POSITION = "a_Position";//顶点着色器 每行点个数private static final int POSITION_COMOPNENT_COUNT = 2;//颜色着色器 每行颜色个数private static final int COLOR_COMPONENT_CONT = 3;//每行间隔private static final int STRIDE = (POSITION_COMOPNENT_COUNT + COLOR_COMPONENT_CONT) *BYTES_PER_FLOAT;/*** 1.添加坐标点; OpenGl中，只能绘制点，直线和三角形* 在定义三角形时，我们总是以逆时针的顺序排列顶点，这称为卷曲顺序。*/float[] tableVertices = {// Order of coordinates: X, Y, R, G, B// Triangle Fan0f, 0f, 1f, 1f, 1f,-0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,-0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,// Line 1-0.5f, 0f, 1f, 0f, 0f,0.5f, 0f, 1f, 0f, 0f,// Mallets0f, -0.25f, 0f, 0f, 1f,0f, 0.25f, 1f, 0f, 0f};public CRenderer(Context context) {this.context = context;//ByteBuffer.allocateDirect 分配一块内存；参数是分配多少字节的内存块。//order 季节缓冲区按照本地字节序组织它的内容。vertexData = ByteBuffer.allocateDirect(tableVertices.length * BYTES_PER_FLOAT).order(ByteOrder.nativeOrder()).asFloatBuffer();vertexData.put(tableVertices);}@Overridepublic void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {Log.w(TAG, "onSurfaceCreated");//设置背景清除颜色为红色。//第一个分量是红色的，第二个是绿色的，第三个是蓝色的，最后一个分量是alpha。glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);//1.读取顶点着色器String vertexShaderSource = TextResourceReader.readTextFileFromResource(context, R.raw.c_vertex_shader);//读取片段着色器String fragmentShaderSource = TextResourceReader.readTextFileFromResource(context, R.raw.c_fragment_shader);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第1步");//2.创建顶点着色器int vertexShader = ShaderHelper.compileVertexShader(vertexShaderSource);//创建片段着色器int fragmentShader = ShaderHelper.compileFragmentShader(fragmentShaderSource);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第2步");//3.连接两个着色器program = ShaderHelper.linkProgram(vertexShader, fragmentShader);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第3步");//4.验证该对象 program 是否可用ShaderHelper.validateProgram(program);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第4步");//5.使用自定义的程序来绘制GLES20.glUseProgram(program);/*** 6.获取着色器并且为着色器赋值*/aColorLocation = glGetAttribLocation(program, A_COLOR);//获取顶点着色器 a_Position 对象的指针aPositionLocation = glGetAttribLocation(program, A_POSITION);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第5步");/*** 6.为着色器赋值*/vertexData.position(0);//将位置设置在数据的开头处glVertexAttribPointer(aPositionLocation, POSITION_COMOPNENT_COUNT,GL_FLOAT, false, STRIDE, vertexData);//7.指定OpenGL在哪使用顶点数组glEnableVertexAttribArray(aPositionLocation);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第6步");/*** 注释* 1.vertexData.position* vertexData将位置设置为2,因为读取颜色属性时，要从第一个颜色属性读取，而不是位置属性，* 而在原数据中，颜色属性的位置是2* 2.glVertexAttribPointer* 把颜色数据和着色器中的a_Color关联起来,STRIDE这个参数是跨距，这个值告诉OpenGL两个* 颜色属性质检的距离是多少，这样位置属性和颜色属性连接存储，就不会将位置属性当做颜色属性读* 3.glEnableVertexAttribArray* 指定OpenGL在哪使用顶点数组*/vertexData.position(POSITION_COMOPNENT_COUNT);glVertexAttribPointer(aColorLocation, COLOR_COMPONENT_CONT, GL_FLOAT,false, STRIDE, vertexData);glEnableVertexAttribArray(aColorLocation);Log.w(TAG, "onSurfaceCreated，第7步");}/*** 当表面发生变化时，onSurfaceChanged被调用。* 这个函数在曲面初始化时至少被调用一次。* 请记住，Android通常会在旋转时重启一个活动，在这种情况下，渲染器将被销毁并创建一个新的。** @param gl* @param width  新的宽度，以像素为单位。* @param height 新的高度，以像素为单位。*/@Overridepublic void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {Log.w(TAG, "onSurfaceChanged");//设置OpenGL视口填充整个表面。glViewport(0, 0, width, height);}/*** 每当需要绘制一个新帧时，OnDrawFrame就会被调用。通常，这是在屏幕的刷新率下完成的。** @param gl*/@Overridepublic void onDrawFrame(GL10 gl) {//清除渲染表面。glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);/*** 8.绘制页面,画桌子,画线,点;* glUniform4f：第一个参数指定Uniform变量的值,后面是红绿蓝和透明值* glDrawArrays：第一个参数绘制三角形，第二个参数从数组开头开始读取顶点，第三个参数读到第六个点*/glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 6);//绘制线glDrawArrays(GL_LINES, 6, 2);//画点glDrawArrays(GL_POINTS, 8, 1);glDrawArrays(GL_POINTS, 9, 1);}
}

顶点着色器

attribute vec4 a_Position;
attribute vec4 a_Color;varying vec4 v_Color;void main(){v_Color = a_Color;gl_Position = a_Position;gl_PointSize = 10.0;
}

片段着色器

precision mediump float;varying vec4 v_Color;void main(){gl_FragColor = v_Color;
}

以下为glsl语法中摘录的一部分，可以发现gl_FragColor gl_Position gl_PointSize 均为内部变量，且必须赋值

内置的特殊变量

glsl程序使用一些特殊的内置变量与硬件进行沟通.他们大致分成两种 一种是 input类型,他负责向硬件(渲染管线)发送数据.
另一种是output类型,负责向程序回传数据,以便编程时需要.

在 vertex Shader 中:

output 类型的内置变量:

变量说明单位
highp vec4 gl_Position;gl_Position 放置顶点坐标信息vec4
mediump float gl_PointSize;gl_PointSize 需要绘制点的大小,(只在gl.POINTS模式下有效)float

在 fragment Shader 中:

input 类型的内置变量:

变量说明单位
mediump vec4 gl_FragCoord;片元在framebuffer画面的相对位置vec4
bool gl_FrontFacing;标志当前图元是不是正面图元的一部分bool
mediump vec2 gl_PointCoord;经过插值计算后的纹理坐标,点的范围是0.0到1.0vec2

应用场景


import android.annotation.SuppressLint;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.os.Bundle;import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import com.guide.opengllib.simple.c.CRenderer;public class Simplectivity extends AppCompatActivity {private GLSurfaceView glSurfaceView;private GLSurfaceView.Renderer mRenderer;@SuppressLint("ClickableViewAccessibility")@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);glSurfaceView = new GLSurfaceView(this);mRenderer = new CRenderer(this);glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2);glSurfaceView.setRenderer(mRenderer);setContentView(glSurfaceView);}@Overrideprotected void onResume() {super.onResume();glSurfaceView.onResume();}@Overrideprotected void onPause() {super.onPause();glSurfaceView.onPause();}
}

工具ShaderHelper


import android.opengl.GLES20;
import android.util.Log;import static android.opengl.GLES20.GL_COMPILE_STATUS;
import static android.opengl.GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER;
import static android.opengl.GLES20.GL_LINK_STATUS;
import static android.opengl.GLES20.GL_VALIDATE_STATUS;
import static android.opengl.GLES20.GL_VERTEX_SHADER;
import static android.opengl.GLES20.glAttachShader;
import static android.opengl.GLES20.glCompileShader;
import static android.opengl.GLES20.glCreateProgram;
import static android.opengl.GLES20.glCreateShader;
import static android.opengl.GLES20.glDeleteProgram;
import static android.opengl.GLES20.glDeleteShader;
import static android.opengl.GLES20.glGetProgramiv;
import static android.opengl.GLES20.glGetShaderiv;
import static android.opengl.GLES20.glLinkProgram;
import static android.opengl.GLES20.glShaderSource;
import static android.opengl.GLES20.glValidateProgram;/***/
public class ShaderHelper {private static final String TAG = "ShaderHelper";/** 加载和编译一个顶点着色器，返回OpenGL对象ID */public static int compileVertexShader(String shaderCode) {return compileShader(GL_VERTEX_SHADER, shaderCode);}/** 加载和编译一个片段着色器，返回OpenGL对象ID */public static int compileFragmentShader(String shaderCode) {return compileShader(GL_FRAGMENT_SHADER, shaderCode);}/** 编译一个着色器，返回OpenGL对象ID */private static int compileShader(int type, String shaderCode) {//创建一个新的着色器对象final int shaderObjectId = glCreateShader(type);if (shaderObjectId == 0) {Log.w(TAG, "ShaderHelper: Could not create new shader.");}//传入着色器源glShaderSource(shaderObjectId, shaderCode);//编译着色器glCompileShader(shaderObjectId);//获取编译状态final int[] compileStatus = new int[1];glGetShaderiv(shaderObjectId, GL_COMPILE_STATUS, compileStatus, 0);//验证编译状态if (compileStatus[0] == 0) {//如果失败，删除着色器对象glDeleteShader(shaderObjectId);Log.w(TAG, "ShaderHelper: Compilation of shader failed");}//返回着色器对象IDreturn shaderObjectId;}/** 将顶点着色器和片段着色器连接到OpenGL中，返回OpenGL对象ID，连接失败返回0 */public static int linkProgram(int vertexShaderId, int fragmentShaderId) {//创建一个新的程序对象final int programObjectId = glCreateProgram();if (programObjectId == 0) {Log.w(TAG, "ShaderHelper: Could not create new program");}//将顶点着色器附加到程序上glAttachShader(programObjectId, vertexShaderId);//将片段着色器附加到程序上glAttachShader(programObjectId, fragmentShaderId);//将两个着色器连接到一个程序中glLinkProgram(programObjectId);//获取连接状态final int[] linkStatus = new int[1];glGetProgramiv(programObjectId, GL_LINK_STATUS, linkStatus, 0);//验证链接状态if (linkStatus[0] == 0) {//如果失败，删除程序对象glDeleteProgram(programObjectId);Log.v(TAG, "Results of linking program:\n" + GLES20.glGetProgramInfoLog(programObjectId));}//返回程序对象IDreturn programObjectId;}/** 验证OpenGL程序，应该只在开始应用程序调用 */public static boolean validateProgram(int programObjectId) {glValidateProgram(programObjectId);final int[] validateStatus = new int[1];glGetProgramiv(programObjectId, GL_VALIDATE_STATUS, validateStatus, 0);return validateStatus[0] != 0;}public static int buildProgram(String vertexShaderSource, String fragmentShaderSource) {int program;int vertexShader = compileVertexShader(vertexShaderSource);int fragmentShader = compileFragmentShader(fragmentShaderSource);program = linkProgram(vertexShader, fragmentShader);validateProgram(program);return program;}
}

工具 TextResourceReader

public class TextResourceReader {public static String readTextFileFromResource(Context context, int resourceId) {StringBuilder body = new StringBuilder();try {InputStream inputStream = context.getResources().openRawResource(resourceId);InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream);BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);String nextLine;while ((nextLine = bufferedReader.readLine()) != null) {body.append(nextLine);body.append('\n');}} catch (IOException e) {throw new RuntimeException("Could not open resource:" + resourceId, e);} catch (Resources.NotFoundException nfe) {throw new RuntimeException("Resource not found :" + resourceId, nfe);}return body.toString();}
}

效果图如下

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0,6);
在这里插入图片描述
我们不妨尝试将第三个参数修改，帮助我们理解gl的绘制原理
glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 1);
在这里插入图片描述

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 2);
在这里插入图片描述

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 3);
在这里插入图片描述

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);
在这里插入图片描述

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 5);
在这里插入图片描述

结论

PS
1. GL_TRIANGLE_FAN绘制最少三个点
2. 绘制时为逆时针方向
3. 过程：读取顶点数据->执行顶点着色器->组装图元->光栅化图元->执行片段着色器->写入帧缓冲区->显示到屏幕;
4. 关于语法可参见 OpenGL手册

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