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OpenglES2.0 for Android:纹理映射

时间:2016-06-12 02:00:14      阅读:403      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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OpenglES2.0 for Android:纹理映射

前言 


纹理映射又叫做纹理贴图,是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素的过程。就是把一幅图像贴到三维物体的表面上来增强真实感,
可以和光照计算、图像混合等技术结合起来形成许多非常漂亮的效果 (百度百科)。简单来说,纹理就是一个图形或者照片,我们可以将它们
加载到Opengl中用以美化我们绘制的物体。

前期准备


我们现在准备实现这样一个功能:将一张图片贴到一个正方形中 。我们在以前画矩形的那节代码的基础上进行实现纹理贴图。这里我们新建一个项目
OpenglESRectangle ,然后将画矩形的相关代码copy过来~~,然后还记得我们绘制圆变成椭圆的问题吗,我们在这里给矩形也加入正交投影,以便来绘制
一个正方形。此时目录结构如下 :

技术分享技术分享

因为加入了正交投影比起原先绘制矩形那一节的代码有些变动,发生变动的文件有 MyRender.java , Square.java  ,simple_vertex_shader.glsl ,此时这三个文件代码如下:

package com.cumt.shape;

import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.ByteOrder;  
import java.nio.FloatBuffer;  
import com.cumt.openglesrectangle.R;
import com.cumt.utils.ShaderHelper;
import com.cumt.utils.TextResourceReader;
import android.content.Context;  
import android.opengl.GLES20;  
import android.opengl.Matrix;
  
public class Square {  
      
    private Context context;  
  
    //float类型的字节数  
    private static final int BYTES_PER_FLOAT = 4;  
    // 数组中每个顶点的坐标数  
    static final int COORDS_PER_VERTEX = 2;  
      
    /*------------------第一步: 修改顶点数据-------------------------*/  
    //矩形顶点坐标  
    static float squareCoords[] = { //以三角形扇的形式绘制
    	-0.5f,  0.5f ,   // top left  
        0.5f,  0.5f  , // top right  
        0.5f, -0.5f  , // bottom right  
       -0.5f, -0.5f  };  // bottom left  
      
    private FloatBuffer vertexBuffer;  
      
    //------------第一个是顶点着色器的变量名,第二个是片段着色器的变量名  
    private static final String A_POSITION = "a_Position";  
    private static final String U_COLOR = "u_Color";  
    private static final String U_MATRIX = "u_Matrix";
    //------------获得program的ID的含义类似的  
    private int uColorLocation;  
    private int aPositionLocation;  
    private int uMatrixLocation;  
    private int program;//保存program的id  
      
    /*------------------第二步: 修改顶点个数-------------------------*/  
    private static final int POSITION_COMPONENT_COUNT = 4;  
          
    float[] projectionMatrix = new float[16];//变换矩阵
      
    public Square(Context context) {  
        this.context = context;  
        vertexBuffer = ByteBuffer  
                .allocateDirect(squareCoords.length * BYTES_PER_FLOAT)  
                .order(ByteOrder.nativeOrder())  
                .asFloatBuffer();  
        // 把坐标们加入FloatBuffer中  
        vertexBuffer.put(squareCoords);  
        // 设置buffer,从第一个坐标开始读  
        vertexBuffer.position(0);  
          
        getProgram();  
          
        uColorLocation = GLES20.glGetUniformLocation(program, U_COLOR);  
        aPositionLocation = GLES20.glGetAttribLocation(program, A_POSITION);  
        uMatrixLocation = GLES20.glGetUniformLocation(program, U_MATRIX);
        
        GLES20.glVertexAttribPointer(aPositionLocation, COORDS_PER_VERTEX,  
                GLES20.GL_FLOAT, false, 0, vertexBuffer);  
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(aPositionLocation);  
    }  
      
    //获取program  
    private void getProgram(){  
        //获取顶点着色器文本  
        String vertexShaderSource = TextResourceReader  
                .readTextFileFromResource(context, R.raw.simple_vertex_shader);  
        //获取片段着色器文本  
        String fragmentShaderSource = TextResourceReader  
                .readTextFileFromResource(context, R.raw.simple_fragment_shader);  
        //获取program的id  
        program = ShaderHelper.buildProgram(vertexShaderSource, fragmentShaderSource);  
        GLES20.glUseProgram(program);  
    }  
    
    //设置正交投影矩阵
    public void projectionMatrix(int width,int height){  
        final float aspectRatio = width > height ?  
                (float) width / (float) height :  
                (float) height / (float) width;  
        if(width > height){  
            Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, -aspectRatio, aspectRatio, -1f, 1f, -1f, 1f);  
        }else{  
            Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, -1f, 1f, -aspectRatio, aspectRatio, -1f, 1f);  
        }  
    }  
    
    //以GL_LINE_LOOP方式绘制  
    public void draw(){  
    	GLES20.glUniformMatrix4fv(uMatrixLocation, 1, false, projectionMatrix, 0);
        GLES20.glUniform4f(uColorLocation, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);       
        /*------------------第三步: 修改绘制方式-------------------------*/  
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, POSITION_COMPONENT_COUNT);  
    }  
}

package com.cumt.render;
import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;  
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;  
  
import com.cumt.shape.Square;  
import android.content.Context;  
import android.opengl.GLSurfaceView.Renderer;  
import android.util.Log;  
import static android.opengl.GLES20.glClear;  
import static android.opengl.GLES20.glClearColor;  
import static android.opengl.GLES20.glViewport;  
import static android.opengl.GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT;  
  
public class MyRender implements Renderer {  
      
    private Context context;  
      
    public MyRender(Context context){  
        this.context = context;  
    }  
      
    //定义矩形对象  
    Square square;  
      
    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {  
        Log.w("MyRender","onSurfaceCreated");  
        // TODO Auto-generated method stub  
        //First:设置清空屏幕用的颜色,前三个参数对应红绿蓝,最后一个对应alpha  
        glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f);
        square = new Square(context);  
    }  
  
    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {  
        Log.w("MyRender","onSurfaceChanged");  
        // TODO Auto-generated method stub  
        //Second:设置视口尺寸,即告诉opengl可以用来渲染的surface大小  
        glViewport(0,0,width,height);  
        square.projectionMatrix(width, height);
    }  
  
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {  
        Log.w("MyRender","onDrawFrame");  
        // TODO Auto-generated method stub  
        //Third:清空屏幕,擦除屏幕上所有的颜色,并用之前glClearColor定义的颜色填充整个屏幕  
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
        square.draw();  
    }  
}

//simple_vertex_shader.glsl
uniform mat4 u_Matrix;
attribute vec4 a_Position;   
  		
void main()                    
{                              
    gl_Position = u_Matrix * a_Position;
}   

此时运行效果如下 :

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我们要贴的图如下 (512 * 512 ) 要注意opengl es2.0中纹理不必须是正方形,但每个纬度应该是2的幂 ):

技术分享

我们要将该图片贴到上面的矩形中 

正式开始


下面让我们正式开始做纹理贴图 ,看下过程 :

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纹理工具类 


package com.cumt.utils;

import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.opengl.GLES20;
import android.opengl.GLUtils;
import android.util.Log;

public class TextureHelper {
	
	public static final String TAG = "TextureHelper";
	
	public static int loadTexture(Context context,int resourceId){
		/*
		 * 第一步 : 创建纹理对象
		 */
		final int[] textureObjectId = new int[1];//用于存储返回的纹理对象ID
		GLES20.glGenTextures(1,textureObjectId, 0);
		if(textureObjectId[0] == 0){//若返回为0,,则创建失败
			if(LoggerConfig.ON){
				Log.w(TAG,"Could not generate a new Opengl texture object");
			}
			return 0;
		}
		/*
		 * 第二步: 加载位图数据并与纹理绑定
		 */
		final BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
		options.inScaled = false;//Opengl需要非压缩形式的原始数据
		final Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(context.getResources(),resourceId, options);
		if(bitmap == null){
			if(LoggerConfig.ON){
				Log.w(TAG,"ResourceId:"+resourceId+"could not be decoded");
			}
			GLES20.glDeleteTextures(1, textureObjectId, 0);
			return 0;
		}
		GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D,textureObjectId[0]);//通过纹理ID进行绑定
		/*
		 * 第三步: 设置纹理过滤
		 */
		//设置缩小时为三线性过滤
		GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GLES20.GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
		//设置放大时为双线性过滤
		GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);
		/*
		 * 第四步: 加载纹理到Opengl并返回ID
		 */
		GLUtils.texImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);
		bitmap.recycle();
		GLES20.glGenerateMipmap(GLES20.GL_TEXTURE_2D);
		return textureObjectId[0];
	}
}

这里要说下纹理过滤 的内容,纹理过滤应用通常有两种情况,一种是GL_TEXTURE_MIN_FILTER ,即纹理被缩小时,比如一个512 x 512的纹理贴到一个平行于xy平面的正方形上,最后该正方形在屏幕上只占256 x 256的像素矩阵,这种情况下一个象素对应着多个纹理单元。另一种是GL_TEXTURE_MAG_FILTER,即纹理被放大时。下面简要说下Opengl的纹理过滤模式 , Opengl纹理过滤模式如下 :
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GL_NEAREST      最近邻过滤
   GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST  使用MIP贴图的最近邻过滤
GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR    使用MIP贴图级别之间插值的最近邻过滤
GL_LINEAR  双线性过滤
GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST    使用MIP贴图的双线性过滤
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR    三线性过滤 (使用MIP贴图级别之间插值的双线性过滤 )
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
在缩小和放大情况下,Opengl支持不同的过滤模式,如下所示:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
缩小情况:
GL_NEAREST 
GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST 
GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR 
GL_LINEAR 
GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST 
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
放大 情况 :
GL_NEAREST
GL_LINEAR 
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
最近邻过滤:这个比较简单,每个像素的纹理坐标,并不是刚好对应一个采样点时,按照最接近的采样点进行采样。当放大纹理时,锯齿会比较明显,
每个纹理单元都显示为一个小方块。当缩小时,会丢失许多细节。
双线性过滤:使用双线性插值平滑像素之间的过渡。放大时,锯齿看起来会比最近邻过滤少许多,看起来更加平滑。
MIP贴图 :当缩小到一定程度时,使用双线性过滤会失去太多细节,还可能引起噪声以及物体移动过程中的闪烁,为了克服这些问题就有了MIP贴图技术。
    关于MIP贴图 ,维基上有更详细解释 :https://en.wikipedia.org/wiki/Mipmap
三线性过滤 :用于消除每个MIP贴图级别之间的过渡,得到一个更为平滑的图像。

新的着色器 


在创建新的着色器之前,我们先明确一下Opengl的二维纹理坐标

技术分享
对于一个二维的纹理,它有着自己的坐标空间,如上图所示。其有两个维度,S 与 T ,范围都是 0 到 1 。

顶点着色器代码如下 :
//texture_vertex_shader.glsl
uniform mat4 u_Matrix;
attribute vec4 a_Position;  
attribute vec2 a_TextureCoordinates;

varying vec2 v_TextureCoordinates;

void main()                    
{                            
    v_TextureCoordinates = a_TextureCoordinates;	  	  
    gl_Position = u_Matrix * a_Position;    
} 
其中 a_TextureCoordinates 用于接收纹理的坐标数据,v_TextureCoordinates用于将纹理数据传递给片段着色器,因为纹理有两个分量 S与 T 所以使用vec2类型。

片段着色器如下:
//texture_fragment_shader.glsl
precision mediump float;       	 				
uniform sampler2D u_TextureUnit;      	 								
varying vec2 v_TextureCoordinates;      	   								
  
void main()                    		
{                              	
    gl_FragColor = texture2D(u_TextureUnit, v_TextureCoordinates);                           		
}

texture2D是着色器语言内置的纹理采样函数,用于根据指定的纹理坐标就行纹理采样,返回值类型为vec4 。


纹理坐标 


//矩形顶点坐标  与 纹理坐标
    static float squareCoords[] = { //以三角形扇的形式绘制
    	//x     y       s   t
    	-0.5f,  0.5f ,  0 , 0 , // top left  
        0.5f,  0.5f  ,  1 , 0 ,// top right  
        0.5f, -0.5f  ,  1 , 1 ,// bottom right  
       -0.5f, -0.5f  ,  0 , 1};  // bottom left  

我们绘制的矩形的左上角对应着纹理的 (0,0 )  大家注意这个映射关系,也就是我们拿出一张图其左上角的纹理坐标为 (0,0)而不是 (0,1)。
前面我们已经完成了纹理工具类,下面只需要使用它,然互将数据传入着色器。此时Square类代码如下 (Square.java):

package com.cumt.shape;

import static android.opengl.GLES20.GL_TEXTURE0;
import static android.opengl.GLES20.GL_TEXTURE_2D;
import static android.opengl.GLES20.glActiveTexture;
import static android.opengl.GLES20.glBindTexture;
import static android.opengl.GLES20.glUniform1i;
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.ByteOrder;  
import java.nio.FloatBuffer;  
import com.cumt.openglesrectangle.R;
import com.cumt.utils.ShaderHelper;
import com.cumt.utils.TextResourceReader;
import com.cumt.utils.TextureHelper;
import android.content.Context;  
import android.opengl.GLES20;  
import android.opengl.Matrix;
  
public class Square {  
      
    private Context context;  
  
    //float类型的字节数  
    private static final int BYTES_PER_FLOAT = 4;  
    // 数组中每个顶点的坐标数  
    static final int COORDS_PER_VERTEX = 2;  
      
    /*------------------修改顶点数据 ,加入顶点对应的纹理坐标-------------------------*/  
    //矩形顶点坐标  与 纹理坐标
    static float squareCoords[] = { //以三角形扇的形式绘制
    	//x     y       s   t
    	-0.5f,  0.5f ,  0 , 0 , // top left  
        0.5f,  0.5f  ,  1 , 0 ,// top right  
        0.5f, -0.5f  ,  1 , 1 ,// bottom right  
       -0.5f, -0.5f  ,  0 , 1};  // bottom left  
      
    private FloatBuffer vertexBuffer;  
    private static final int VERTEX_COUNTS = 4;//顶点坐标数
    private static final int POSITION_COMPONENT_COUNT = 2;  //一个顶点坐标含有的元素个数
    private static final int TEXTURE_COORDIANTES_COMPONENT_COUNT = 2; //一个纹理坐标含有的元素个数
    //因为我们的顶点数据和纹理坐标数据放在了一起 ,所以在使用glVertexAttribPointer等函数时,其中的stride参数就需要传入了,
    //用于高速着色器应该如何读取坐标值 ,比如这里我们的着色器读取坐标时,设置从位置 0开始读,读取x , y后就会跳过 s t 接着读取 x y
    //这就是通过传入stride参数实现的
	private static final int STRIDE = (POSITION_COMPONENT_COUNT + TEXTURE_COORDIANTES_COMPONENT_COUNT)
			* BYTES_PER_FLOAT;
    //------------第一个是顶点着色器的变量名,第二个是片段着色器的变量名  
    private static final String A_POSITION = "a_Position";  
    private static final String U_MATRIX = "u_Matrix";
    private static final String A_TEXTURE_COORDINATES = "a_TextureCoordinates";//纹理
	private static final String U_TEXTURE_UNIT = "u_TextureUnit";//纹理
	
    private int aPositionLocation;  
    private int uMatrixLocation;  
    private int uTextureUnitLocation;
    private int aTextureCoordinates;
    private int program;//保存program的id  
    private int texture;
    
    float[] projectionMatrix = new float[16];//变换矩阵
      
    public Square(Context context) {  
        this.context = context;  
        vertexBuffer = ByteBuffer  
                .allocateDirect(squareCoords.length * BYTES_PER_FLOAT)  
                .order(ByteOrder.nativeOrder())  
                .asFloatBuffer();  
        // 把坐标们加入FloatBuffer中  
        vertexBuffer.put(squareCoords);  
        // 设置buffer,从第一个坐标开始读  
        vertexBuffer.position(0);  
          
        getProgram();  
          
        aPositionLocation = GLES20.glGetAttribLocation(program, A_POSITION);  
        uMatrixLocation = GLES20.glGetUniformLocation(program, U_MATRIX);
        aTextureCoordinates = GLES20.glGetAttribLocation(program, A_TEXTURE_COORDINATES);
		uTextureUnitLocation = GLES20.glGetAttribLocation(program, U_TEXTURE_UNIT);
		texture = TextureHelper.loadTexture(context, R.drawable.umei);
		// Set the active texture unit to texture unit 0.
        glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
        // Bind the texture to this unit.
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
        // Tell the texture uniform sampler to use this texture in the shader by
        // telling it to read from texture unit 0.
        glUniform1i(uTextureUnitLocation, 0);
        //传入顶点坐标和纹理坐标
        GLES20.glVertexAttribPointer(aPositionLocation, POSITION_COMPONENT_COUNT,
				GLES20.GL_FLOAT, false, STRIDE, vertexBuffer);
		GLES20.glEnableVertexAttribArray(aPositionLocation);
		//设置从第二个元素开始读取,因为从第二个元素开始才是纹理坐标
		vertexBuffer.position(POSITION_COMPONENT_COUNT);
		GLES20.glVertexAttribPointer(aTextureCoordinates, TEXTURE_COORDIANTES_COMPONENT_COUNT,
				GLES20.GL_FLOAT, false, STRIDE, vertexBuffer);
		GLES20.glEnableVertexAttribArray(aTextureCoordinates);
    }  
      
    //获取program  
    private void getProgram(){  
        //获取顶点着色器文本  
        String vertexShaderSource = TextResourceReader  
                .readTextFileFromResource(context, R.raw.texture_vertex_shader);  
        //获取片段着色器文本  
        String fragmentShaderSource = TextResourceReader  
                .readTextFileFromResource(context, R.raw.texture_fragment_shader);  
        //获取program的id  
        program = ShaderHelper.buildProgram(vertexShaderSource, fragmentShaderSource);  
        GLES20.glUseProgram(program);  
    }  
    
    //设置正交投影矩阵
    public void projectionMatrix(int width,int height){  
        final float aspectRatio = width > height ?  
                (float) width / (float) height :  
                (float) height / (float) width;  
        if(width > height){  
            Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, -aspectRatio, aspectRatio, -1f, 1f, -1f, 1f);  
        }else{  
            Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, -1f, 1f, -aspectRatio, aspectRatio, -1f, 1f);  
        }  
    }  
    
    //以GL_LINE_LOOP方式绘制  
    public void draw(){  
    	GLES20.glUniformMatrix4fv(uMatrixLocation, 1, false, projectionMatrix, 0);
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, VERTEX_COUNTS);  
    }  
}

为了方便观察,将MyRender类onSurfaceCreated方法中设置的颜色更改为 glClearColor(0.5f,0.5f,0.5f, 1.0f);    

运行一下 :

技术分享













OpenglES2.0 for Android:纹理映射

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原文地址:http://blog.csdn.net/cassiepython/article/details/51635744

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