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绘制形状

使用 OpenGL 定义要绘制的形状后,您可能想要绘制它们。使用 OpenGL ES 2.0 绘制形状所需的代码比您想象的要多,因为该 API 可以很好地控制图形渲染管道。

本课介绍了如何使用 OpenGL ES 2.0 API 绘制您在上一课中定义的形状。

初始化形状

在进行任何绘制之前,您必须初始化并加载您打算绘制的形状。除非您在程序中使用的形状的结构(原始坐标)在执行过程中发生变化,否则您应该在渲染程序的 onSurfaceCreated() 方法中对它们进行初始化,以提高内存和处理效率。

Kotlin

    class MyGLRenderer : GLSurfaceView.Renderer {
        ...
        private lateinit var mTriangle: Triangle
        private lateinit var mSquare: Square

        override fun onSurfaceCreated(unused: GL10, config: EGLConfig) {
            ...
            // initialize a triangle
            mTriangle = Triangle()
            // initialize a square
            mSquare = Square()
        }
        ...
    }
    

Java

    public class MyGLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {

        ...
        private Triangle mTriangle;
        private Square   mSquare;

        public void onSurfaceCreated(GL10 unused, EGLConfig config) {
            ...
            // initialize a triangle
            mTriangle = new Triangle();
            // initialize a square
            mSquare = new Square();
        }
        ...
    }
    

绘制形状

使用 OpenGL ES 2.0 绘制定义的形状需要大量代码,因为您必须向图形渲染管道提供大量详细信息。具体来说,您必须定义以下内容:

  • 顶点着色程序 - 用于渲染形状的顶点的 OpenGL ES 图形代码。
  • 片段着色程序 - 用于使用颜色或纹理渲染形状面的 OpenGL ES 代码。
  • 程序 - 包含您希望用于绘制一个或多个形状的着色程序的 OpenGL ES 对象。

您需要至少一个顶点着色程序来绘制形状,以及一个片段着色程序来为该形状着色。您还必须对这些着色程序进行编译,然后将它们添加到之后用于绘制形状的 OpenGL ES 程序中。下面举例说明如何定义可用于绘制 Triangle 类中的形状的基本着色程序:

Kotlin

    class Triangle {

        private val vertexShaderCode =
                "attribute vec4 vPosition;" +
                "void main() {" +
                "  gl_Position = vPosition;" +
                "}"

        private val fragmentShaderCode =
                "precision mediump float;" +
                "uniform vec4 vColor;" +
                "void main() {" +
                "  gl_FragColor = vColor;" +
                "}"

        ...
    }
    

Java

    public class Triangle {

        private final String vertexShaderCode =
            "attribute vec4 vPosition;" +
            "void main() {" +
            "  gl_Position = vPosition;" +
            "}";

        private final String fragmentShaderCode =
            "precision mediump float;" +
            "uniform vec4 vColor;" +
            "void main() {" +
            "  gl_FragColor = vColor;" +
            "}";

        ...
    }
    

着色程序包含 OpenGL 着色语言 (GLSL) 代码,必须先对其进行编译,然后才能在 OpenGL ES 环境中使用。要编译此代码,请在您的渲染程序类中创建一个实用程序方法:

Kotlin

    fun loadShader(type: Int, shaderCode: String): Int {

        // create a vertex shader type (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
        // or a fragment shader type (GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
        return GLES20.glCreateShader(type).also { shader ->

            // add the source code to the shader and compile it
            GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode)
            GLES20.glCompileShader(shader)
        }
    }
    

Java

    public static int loadShader(int type, String shaderCode){

        // create a vertex shader type (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
        // or a fragment shader type (GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
        int shader = GLES20.glCreateShader(type);

        // add the source code to the shader and compile it
        GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);
        GLES20.glCompileShader(shader);

        return shader;
    }
    

要绘制形状,您必须编译着色程序代码,将它们添加到 OpenGL ES 程序对象中,然后关联该程序。该操作需要在绘制对象的构造函数中完成,因此只需执行一次。

注意:就 CPU 周期和处理时间而言,编译 OpenGL ES 着色程序及关联程序的成本非常高,因此应避免多次执行该操作。如果您在运行时不清楚着色程序的内容,则应编译代码,使其仅被创建一次,然后缓存以备后用。

Kotlin

    class Triangle {
        ...

        private var mProgram: Int

        init {
            ...

            val vertexShader: Int = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode)
            val fragmentShader: Int = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)

            // create empty OpenGL ES Program
            mProgram = GLES20.glCreateProgram().also {

                // add the vertex shader to program
                GLES20.glAttachShader(it, vertexShader)

                // add the fragment shader to program
                GLES20.glAttachShader(it, fragmentShader)

                // creates OpenGL ES program executables
                GLES20.glLinkProgram(it)
            }
        }
    }
    

Java

    public class Triangle() {
        ...

        private final int mProgram;

        public Triangle() {
            ...

            int vertexShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER,
                                            vertexShaderCode);
            int fragmentShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER,
                                            fragmentShaderCode);

            // create empty OpenGL ES Program
            mProgram = GLES20.glCreateProgram();

            // add the vertex shader to program
            GLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);

            // add the fragment shader to program
            GLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);

            // creates OpenGL ES program executables
            GLES20.glLinkProgram(mProgram);
        }
    }
    

此时,您可以添加绘制形状的实际调用。使用 OpenGL ES 绘制形状时,您需要指定多个参数,以告知渲染管道您要绘制的形状以及如何进行绘制。由于绘制选项因形状而异,因此最好使您的形状类包含它们自己的绘制逻辑。

创建用于绘制形状的 draw() 方法。此代码将位置和颜色值设置为形状的顶点着色程序和片段着色程序,然后执行绘制功能。

Kotlin

    private var positionHandle: Int = 0
    private var mColorHandle: Int = 0

    private val vertexCount: Int = triangleCoords.size / COORDS_PER_VERTEX
    private val vertexStride: Int = COORDS_PER_VERTEX * 4 // 4 bytes per vertex

    fun draw() {
        // Add program to OpenGL ES environment
        GLES20.glUseProgram(mProgram)

        // get handle to vertex shader's vPosition member
        positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition").also {

            // Enable a handle to the triangle vertices
            GLES20.glEnableVertexAttribArray(it)

            // Prepare the triangle coordinate data
            GLES20.glVertexAttribPointer(
                    it,
                    COORDS_PER_VERTEX,
                    GLES20.GL_FLOAT,
                    false,
                    vertexStride,
                    vertexBuffer
            )

            // get handle to fragment shader's vColor member
            mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor").also { colorHandle ->

                // Set color for drawing the triangle
                GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0)
            }

            // Draw the triangle
            GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount)

            // Disable vertex array
            GLES20.glDisableVertexAttribArray(it)
        }
    }
    

Java

    private int positionHandle;
    private int colorHandle;

    private final int vertexCount = triangleCoords.length / COORDS_PER_VERTEX;
    private final int vertexStride = COORDS_PER_VERTEX * 4; // 4 bytes per vertex

    public void draw() {
        // Add program to OpenGL ES environment
        GLES20.glUseProgram(mProgram);

        // get handle to vertex shader's vPosition member
        positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition");

        // Enable a handle to the triangle vertices
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionHandle);

        // Prepare the triangle coordinate data
        GLES20.glVertexAttribPointer(positionHandle, COORDS_PER_VERTEX,
                                     GLES20.GL_FLOAT, false,
                                     vertexStride, vertexBuffer);

        // get handle to fragment shader's vColor member
        colorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");

        // Set color for drawing the triangle
        GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0);

        // Draw the triangle
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);

        // Disable vertex array
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(positionHandle);
    }
    

将所有的代码编译完成之后,只需从渲染程序的 onDrawFrame() 方法中调用 draw() 方法即可绘制此对象:

Kotlin

    override fun onDrawFrame(unused: GL10) {
        ...

        triangle.draw()
    }
    

Java

    public void onDrawFrame(GL10 unused) {
        ...

        triangle.draw();
    }
    

运行应用时,它应如下所示:

图 1. 没有使用投影或相机视图绘制的三角形。

此代码示例存在一些问题。首先,它不会给您的好友留下深刻的印象。其次,当您更改设备的屏幕方向时,该三角形会稍微有些变窄和变形。形状偏斜的原因是,对象的顶点尚未针对显示 GLSurfaceView 的屏幕区域的比例进行校正。您可以使用下一课中介绍的投影和相机视图来解决该问题。

最后,三角形是静止的,这有些无聊。在添加动画课程中,您可以使该形状旋转,并利用 OpenGL ES 图形管道完成更加有趣的操作。