Android OpenGL添加纹理

Posted 2022-07-29 走召大爷

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上一篇文章【Android OpenGL添加光照和材料属性 】我们已经学了如何为3D模型添加光照和材料属性，使得模型看起来更有立体感。今天我们学习如何为3D模型贴上纹理，使得模型看起来更真实！目前我在网上没有找到带有纹理图片的STL模型文件，如果随便贴一张图片上去的话并不好看，看起来不会很真实。好在手头上现在有2个带有纹理的STL格式文件，虽然这两个模型看起来有点残缺，但是不影响我们学习如何贴纹理。先看看效果~.

图片1如下：

对应的模型：

图片2如下：

对应的模型：

注意，本文的讲解是建立在《Android OpenGL显示任意3D模型文件 》之上，请务必先看这篇文章再往下读（当然了，如果你已经有一定的android OpenGL基础，可以不用看）。好啦，看完效果后，我们开始学习吧！

1 相关基础

1.1 贴纹理原理简单概述

其实贴纹理的原理非常简单，就是给每个三角形贴上图片即可。那么如何给三角形贴图片呢？我们知道，既然是给三角形贴图片，那肯定就需要一张图，然后在这张图片上指定三角形的三个顶点对应这张图的位置。这样就可以准确的为这个三角形贴好图片了。

值得注意的是，三角形的三个顶点在图片上的位置取值范围为[0,1]。即以相对图片的宽高比例来计算的。

在加载纹理图片时，OpenGL为每张图片分配好ID，将图片缓存起来。在贴图时，通过ID来查找图片。

1.2 相关API

跟绘制三角形类似，如果需要开启贴纹理功能需要如下代码：

gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);

对应的关闭为：

gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);

前面1.1节中，我们提到：在加载纹理图片时，OpenGL为每张图片分配好ID，将图片缓存起来。在贴图时，通过ID来查找图片。因此，在我们开始贴图之前，需要为当前模型绑定好纹理图片的ID：

//根据ID绑定对应的纹理
gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, model.getTextureIds()[0]);

上面代码中，我们看到，在Model实体类中，通过getTextureIds函数来获取ID数组，并取出数组的第一个数据。而Model类是我们自己自定义的实体类，显然不可能在我们的自定义的实体类中“无中生有”出一个ID数组。那么这个ID数组从哪里来？

注意，纹理的ID是保存在一个int[]数组中，数组的第一个元素即为ID。至于为什么用数组来保存，我暂时还没弄清。可能是扩展性更好吧~

关于纹理对应的ID，后面详细说。我们继续往下走，在拿到纹理ID的情况下，如何绘制。首先你需要启用纹理坐标数组：

gl.glEnableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

然后在绘制三角形之前，将纹理坐标数据设定好：

gl.glTexCoordPointer(2, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getTextureBuffer());

此时即可绘制纹理。当然了，我们现在只是大致讲讲，更完整更详细的内容第二节谈~。

1.3 pxy文件格式

由于我采用的模型的纹理坐标数据是pxy格式。pxy格式里面保存的是浮点数的集合，即每4个字节为一个数据。每2个浮点数表示一个坐标点，每三个坐标点对应一个三角形在图片中的纹理区域。

1.4 多个模型数据

为什么要提多个模型数据呢？我们知道，三维模型中，自然是包含各个角度的映像图片。一张图片往往很难包含整个模型的纹理信息。因此，我们将一个3D模型分割成多个3D模型，每个模型对应一张纹理图片。理论上说，3张图片即可包含整个模型纹理信息了，即，将一个模型分割成3个3D模型。当然了，分割的越多，纹理图片的构造就越简单（你也可以以一张360°全景纹理图片，但是构造这样的图片成本比较高）。

可能你会说，我们该如何分割模型？每个模型的坐标位置信息我们无法给它分割，因为坐标位置数据是一个数组，是按照三角形顶点的顺序指定的。

请注意一点，我们只负责显示模型，我们不管如何分割，分割这块丢个模型的设计者！因为设计者可以通过相关的3D设计软件轻松的分割。我们只需关注，如何同时显示多个3D模型，并为每个3D模型贴好对应的纹理即可。

2 代码编写

2.1 解析pxy文件

前面我们大致介绍了pxy文件格式，我们知道，pxy保存的就是当前stl文件中三角形顶点在纹理图片上对应的坐标。每个顶点占2个浮点数（对应x、y）。那么我们的解析就非常简单了，在STLReader类中，添加如下函数：

private void parseTexture(Model model, byte[] textureBytes) 
    int facetCount = model.getFacetCount();
    // 三角面个数有三个顶点，一个顶点对应纹理二维坐标
    float[] textures = new float[facetCount * 3 * 2];
    int textureOffset = 0;
    for (int i = 0; i < facetCount * 3; i++) 
        //第i个顶点对应的纹理坐标
        //tx和ty的取值范围为[0,1],表示的坐标位置是在纹理图片上的对应比例
        float tx = Util.byte4ToFloat(textureBytes, textureOffset);
        float ty = Util.byte4ToFloat(textureBytes, textureOffset + 4);

        textures[i * 2] = tx;
        //我们的pxy文件原点是在左下角，因此需要用1减去y坐标值
        textures[i * 2 + 1] = 1 - ty;

        textureOffset += 8;
    
    model.setTextures(textures);

同时，我们需要在Model类中添加纹理相关数据属性，并且添加对应的setter、getter函数。代码我就不贴出来了，后面我会上传源码。

现在我们编写好了解析pxy纹理坐标数据，接下来就是把解析stl文件和pxy文件整合在一起的函数，在STLReader中添加：

public Model parseStlWithTexture(InputStream stlInput, InputStream textureInput) throws IOException 
    Model model = parseBinStl(stlInput);
    int facetCount = model.getFacetCount();
    // 三角面片有3个顶点，一个顶点有2个坐标轴数据，每个坐标轴数据是float类型（4字节）
    byte[] textureBytes = new byte[facetCount * 3 * 2 * 4];
    textureInput.read(textureBytes);// 将所有纹理坐标读出来
    parseTexture(model, textureBytes);
    return model;

此时，我们的STLReader类就可以通过parseStlWithTexture函数完美的将stl和pxy数据封装到Model对象中了。

2.2 加载纹理图片

前面我们提到了，OpenGL为每张纹理图片生成一个ID。接下来我们看看如何将一个纹理图片加载到OpenGL通道中，并且分配一个ID。首先，我们需要读取纹理图片，生成Bitmap对象。然后调用glGenTextures函数，生成ID，并将此ID保存到Model对象中。此时，我们已经拿到了ID，但是这个ID并没有绑定Bitmap对象。在将ID和Bitmap绑定之前，需要调用glBindTexture函数，将生成的ID绑定到纹理通道，并且通过glTexParameterf设定当前绑定纹理的相关属性。 最后通过GLUtils.texImage2D函数将Bitmap对象与当前纹理通道绑定，而当前纹理通道已经绑定好了ID，从而达到了ID与纹理的间接绑定。以后使用纹理时，就可以直接通过ID来访问，无需直接访问Bitmap对象了。说了这么多，有点抽象，直接通过代码来的实在：

private void loadTexture(GL10 gl, Model model, boolean isAssets) 
    Log.d("GLRenderer", "绑定纹理：" + model.getPictureName());
    Bitmap bitmap = null;
    try 
        // 打开图片资源
        if (isAssets) //如果是从assets中读取
            bitmap = BitmapFactory.decodeStream(context.getAssets().open(model.getPictureName()));
         else //否则就是从SD卡里面读取
            bitmap = BitmapFactory.decodeFile(model.getPictureName());
        
        // 生成一个纹理对象，并将其ID保存到成员变量 texture 中
        int[] textures = new int[1];
        gl.glGenTextures(1, textures, 0);
        model.setTextureIds(textures);

        // 将生成的空纹理绑定到当前2D纹理通道
        gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, textures[0]);

        // 设置2D纹理通道当前绑定的纹理的属性
        gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,
                GL10.GL_NEAREST);
        gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
                GL10.GL_LINEAR);

        // 将bitmap应用到2D纹理通道当前绑定的纹理中
        GLUtils.texImage2D(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);
        gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0);
     catch (IOException e) 
        e.printStackTrace();
     finally 

        if (bitmap != null)
            bitmap.recycle();

    

2.3 读取多个模型数据

我们前面说过，将一个模型分割成多个模型，因此，我们需要读取多个模型数据，并保存起来。我们在此之前已经学会了读取一个模型数据，那么读取多个模型数据通过for循环即可。为了读取上的方便，我们为将每个模型数据按序命名。另外，我们知道，目前为止，我们的一个模型对应三种格式文件：

• pxy：三角形对应的纹理坐标
• stl：三角网数据
• jpg：纹理图片

为了读取上的方便，我们将同一个模型的这三个文件设为相同的名称，如：1.pxy、1.stl、1.jpg。各个模型之间按序命名，格式如下图：

此时，我们就可以很轻松的读取啦~。在GLRenderer中:

private List<Model> models = new ArrayList<>();

public GLRenderer(Context context) 
    this.context = context;
    try 
        STLReader reader = new STLReader();
        for (int i = 1; i <= 6; i++) 
            Model model = reader.parserStlWithTextureInAssets(context, "chuwang/" + i);

            models.add(model);
        

     catch (IOException e) 
        e.printStackTrace();
    

此时我们就完成了将所有的模型数据保存在List<Model>类型的models对象中。

2.4 开始绘制

前面所做的铺垫已经完成，接下来就是最后的绘制了！相比上一篇的代码，我们只需修改onSurfaceCreated和onDrawFrame函数。其实大部分代码都是相同的，只是我们通过for循环的方式，将所有的模型绘制出来而已。

但是有个区别需要注意，就是我们需要获取所有模型在xyz坐标中的最大值最小值，以及所有模型加在一起后的中心点位置。前面我们只有一个模型，很快就算好了。多个模型我们也是很简单，只需根据每个模型的在xyz坐标中的最大值最小值计算即可，详情请看我的附件源码。

我们看看onSurfaceCreated函数，onSurfaceCreated函数需要负责计算所有模型的中心点、所有模型在xyz坐标中的最大值最小值，以及加载所有模型对应的纹理图片：

@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) 
    gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 启用深度缓存
    gl.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f);// 设置深度缓存值
    gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 设置深度缓存比较函数
    gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 设置阴影模式GL_SMOOTH


    //初始化相关数据
    initConfigData(gl);



private void initConfigData(GL10 gl) 
    float r = Util.getR(models);
    mScalef = 0.5f / r;
    mCenterPoint = Util.getCenter(models);

    //为每个模型绑定纹理
    for (Model model : models) 
        loadTexture(gl, model, true);
    

再看看onDrawFrame函数，onDrawFrame函数需要通过for循环的方式，绘制出每个模型：

@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) 
    // 清除屏幕和深度缓存
    gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    gl.glLoadIdentity();// 重置当前的模型观察矩阵


    //眼睛对着原点看
    GLU.gluLookAt(gl, eye.x, eye.y, eye.z, center.x,
            center.y, center.z, up.x, up.y, up.z);

    //为了能有立体感觉，通过改变mDegree值，让模型不断旋转
    gl.glRotatef(mDegree, 0, 1, 0);

    //将模型放缩到View刚好装下
    gl.glScalef(mScalef, mScalef, mScalef);
    //把模型移动到原点
    gl.glTranslatef(-mCenterPoint.x, -mCenterPoint.y,
            -mCenterPoint.z);


    //===================begin==============================//
    for (Model model : models) 
        //开启贴纹理功能
        gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
        //根据ID绑定对应的纹理
        gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, model.getTextureIds()[0]);
        //启用相关功能
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

        //开始绘制
        gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVnormBuffer());
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVertBuffer());
        gl.glTexCoordPointer(2, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getTextureBuffer());

        gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, model.getFacetCount() * 3);

        //关闭当前模型贴纹理，即将纹理id设置为0
        gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0);

        //关闭对应的功能
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
        gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
    


    //=====================end============================//

从代码上也可以看出，相比前几篇文章，代码的修改并不大。细心的童鞋会发现，我这里并没有开启光照、材料属性。主要是我们已经贴好纹理了，并且默认上模型会有光照效果。

最后看看效果吧，其实效果已经在最开始已经看过了，我们再看看

最后看看源码吧，由于AndroidStudio项目过大，我只上传app/src/main里面内容：http://download.csdn.net/download/huachao1001/9599565