OpenglEs之三角形绘制

Posted 2022-10-04 格格巫 MMQ!!

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)。
标准化设备坐标

上代码
这里需要说明亮点：

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。
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

class BaseOpengl
public:
EglHelper *eglHelper;
GLint program0;

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 es\\n”
“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 es\\n”
“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!
运行结果

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。