Android App开发中OpenGL三维投影的讲解及实现（附源码和演示简单易懂）

你的名字 2023-09-30 17:01 22阅读 0赞

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## 一、三维投影 ##

OpenGL，定义了跨语言跨平台的图形程序接口，对于Android开发者来说，OpenGL就是用来绘制三维图形的技术手段。当然OpenGL并不仅限于展示静止的三维图形，也能用来播放运动着的三维动画。

只要具备了绘图场所，绘画载体，绘图工具就可以进行绘画创作，对于OpenGL的三维绘图来说，同样具备三种要素，分别是GLSurfaceView，GLSurfaceView.Rnender，和GL10，这样就能实现绘画功能

同样要对于Android自定义控件 分为以下四个步骤

> 1：声明自定义控件的构造方法 可以在此获取并初始化控件属性
> 
> 2：重写onMeasure方法 可在此测量控件的宽度和高度
> 
> 3：重写onLayout方法 可在此挪动控件的位置
> 
> 4：重写onDraw方法 可在此绘制空间的形状 颜色 文字以及图案等等

GL10编码的三类常见方法如下

> 1：颜色的取值范围 从0-1
> 
> 2：三维坐标系 有x y z三个坐标
> 
> 3：坐标矩阵变换 分为以下三步
> 
> 设置绘图区域
> 
> 调整镜头参数
> 
> 挪动观测方位

实现三维图形效果如下

![916e85a2f5f540cf9de99d972649e862.png][]

可以在下拉框中自行选择缩放比率以及旋转角度

代码如下

### Java类 ###

package com.example.threed;
    
    import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
    
    import android.opengl.GLES30;
    import android.opengl.GLSurfaceView;
    import android.opengl.Matrix;
    import android.os.Bundle;
    import android.view.View;
    import android.widget.AdapterView;
    import android.widget.ArrayAdapter;
    import android.widget.Spinner;
    
    import com.example.threed.util.EsVertexUtil;
    import com.example.threed.util.GlUtil;
    
    import java.nio.FloatBuffer;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
    import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;
    
    public class EsMatrixActivity extends AppCompatActivity {
        private final static String TAG = "EsMatrixActivity";
        private GLSurfaceView glsv_content; // 声明一个图形库表面视图对象
        private int mType; // 形状的类型
        private int mDivide = 20; // 将经纬度等分的面数
        private float mRadius = 4; // 球半径
        private int mAngle = 60; // 旋转角度
        private int mProgramId; // 声明glsl小程序的编号
        private float[] mProjectionMatrix = new float[16]; // 声明投影矩阵
        private float[] mModelMatrix = new float[16]; // 声明模型矩阵
        private float[] mMVPMatrix = new float[16]; // 声明结果矩阵
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_es_matrix);
            initVertexList(); // 初始化立方体的顶点列表
            initShapeSpinner(); // 初始化形状下拉框
            glsv_content = findViewById(R.id.glsv_content);
            // 声明使用OpenGL ES的版本号为3.0。使用ES30方法之前务必指定版本号
            glsv_content.setEGLContextClientVersion(3);
            // 给OpenGL的表面视图注册三维图形的渲染器
            glsv_content.setRenderer(new MatrixRenderer());
            // 设置渲染模式。默认的RENDERMODE_CONTINUOUSLY表示持续刷新，RENDERMODE_WHEN_DIRTY表示只有首次创建和调用requestRender方法时才会刷新
            glsv_content.setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_WHEN_DIRTY);
            //glsv_content.requestRender(); // 主动请求渲染操作
        }
    
        private List<FloatBuffer> mVertexList = new ArrayList<>(); // 顶点列表
        // 以下定义了立方体六个面的顶点坐标数组（每个坐标点都由三个浮点数组成）
        private static float[] vertexsFront = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f};
        private static float[] vertexsBack = {0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f};
        private static float[] vertexsTop = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f};
        private static float[] vertexsBottom = {0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f};
        private static float[] vertexsLeft = {-0.5f, 0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f};
        private static float[] vertexsRight = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.5f};
        // 初始化立方体的顶点列表
        private void initVertexList() {
            mVertexList.add(GlUtil.getFloatBuffer(vertexsFront));
            mVertexList.add(GlUtil.getFloatBuffer(vertexsBack));
            mVertexList.add(GlUtil.getFloatBuffer(vertexsTop));
            mVertexList.add(GlUtil.getFloatBuffer(vertexsBottom));
            mVertexList.add(GlUtil.getFloatBuffer(vertexsLeft));
            mVertexList.add(GlUtil.getFloatBuffer(vertexsRight));
        }
    
        // 初始化形状下拉框
        private void initShapeSpinner() {
            ArrayAdapter<String> shapeAdapter = new ArrayAdapter<>(this,
                    R.layout.item_select, shapeArray);
            Spinner sp_shape = findViewById(R.id.sp_shape);
            sp_shape.setPrompt("请选择三维物体形状");
            sp_shape.setAdapter(shapeAdapter);
            sp_shape.setOnItemSelectedListener(new ShapeSelectedListener());
            sp_shape.setSelection(0);
        }
    
        private String[] shapeArray = { "静止立方体", "静止球体", "旋转立方体", "旋转球体" };
        class ShapeSelectedListener implements AdapterView.OnItemSelectedListener {
            public void onItemSelected(AdapterView<?> arg0, View arg1, int arg2, long arg3) {
                mType = arg2;
                mVertexList.clear();
                if (mType == 0 || mType == 2) {
                    initVertexList(); // 初始化立方体的顶点列表
                } else if (mType == 1 || mType == 3) {
                    // 获取球体的顶点列表
                    mVertexList = EsVertexUtil.getBallVertexs(mDivide, mRadius);
                }
                if (mType == 2 || mType == 3) {
                    glsv_content.setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY); // 设置渲染模式
                } else {
                    glsv_content.setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_WHEN_DIRTY); // 设置渲染模式
                    glsv_content.requestRender(); // 主动请求渲染操作
                }
            }
    
            public void onNothingSelected(AdapterView<?> arg0) {}
        }
    
        public class MatrixRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {
    
            @Override
            public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
                GLES30.glClearColor(1f, 1f, 1f, 1f); //设置背景颜色
                // 初始化着色器
                mProgramId = GlUtil.initShaderProgram(EsMatrixActivity.this, "matrix_vertex.glsl", "matrix_fragment.glsl");
            }
    
            @Override
            public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
                GLES30.glViewport(0, 0, width, height); // 设置输出屏幕大小
                float aspectRatio = width>height ? 1.0f*width/height : 1.0f*height/width;
                Matrix.setIdentityM(mProjectionMatrix, 0); // 初始化投影矩阵
                // 计算矩阵的正交投影
                Matrix.orthoM(mProjectionMatrix, 0, -1f, 1f, -aspectRatio, aspectRatio, -1f, 1f);
            }
    
            @Override
            public void onDrawFrame(GL10 gl) {
                // 清除屏幕和深度缓存
                GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GLES30.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
                Matrix.setIdentityM(mModelMatrix, 0); // 初始化模型矩阵
                Matrix.rotateM(mModelMatrix, 0, mAngle,1f, 1f, 0.5f); // 旋转模型矩阵
                // 把投影矩阵和模型矩阵相乘，得到最终的变换矩阵
                Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mModelMatrix, 0);
                // 获取顶点着色器的unMatrix位置
                int matrixLoc = GLES30.glGetUniformLocation(mProgramId, "unMatrix");
                // 输入变换矩阵信息
                GLES30.glUniformMatrix4fv(matrixLoc, 1, false, mMVPMatrix, 0);
                mAngle++;
                GLES30.glLineWidth(3); // 指定线宽
                if (mType == 0 || mType == 2) {
                    drawCube(); // 绘制立方体
                } else if (mType == 1 || mType == 3) {
                    drawBall(); // 绘制球体
                }
            }
        }
    
        // 绘制立方体
        private void drawCube() {
            // 获取顶点着色器的vPosition位置
            int positionLoc = GLES30.glGetAttribLocation(mProgramId, "vPosition");
            GLES30.glEnableVertexAttribArray(positionLoc); // 启用顶点属性数组
            for (FloatBuffer buffer : mVertexList) {
                // 指定顶点属性数组的信息
                GLES30.glVertexAttribPointer(positionLoc, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, buffer);
                // 绘制物体的轮廓线条
                GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_LINE_LOOP, 0, EsVertexUtil.getCubePointCount());
            }
            GLES30.glDisableVertexAttribArray(positionLoc); // 禁用顶点属性数组
        }
    
        // 绘制球体
        private void drawBall() {
            // 获取顶点着色器的vPosition位置
            int positionLoc = GLES30.glGetAttribLocation(mProgramId, "vPosition");
            GLES30.glEnableVertexAttribArray(positionLoc); // 启用顶点属性数组
            // 每次画两条相邻的纬度线
            for (int i = 0; i <= mDivide && i < mVertexList.size(); i++) {
                // 指定顶点属性数组的信息
                GLES30.glVertexAttribPointer(positionLoc, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, mVertexList.get(i));
                // 绘制物体的轮廓线条
                GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_LINE_STRIP, 0, mDivide * 2 + 2);
            }
            GLES30.glDisableVertexAttribArray(positionLoc); // 禁用顶点属性数组
        }
    
        @Override
        protected void onPause() {
            super.onPause();
            glsv_content.onPause(); // 暂停绘制三维图形
        }
    
        @Override
        protected void onResume() {
            super.onResume();
            glsv_content.onResume(); // 恢复绘制三维图形
        }
    
    }

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