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Android OpenGL 基础入门

时间:2015-05-18 22:52:26      阅读:257      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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  Android 自从2.2 版本之后之后开始支持OpenGL,在没有支持OpenGL 的 GPU的情况下,也可以使用(通过软件来模拟)。在Android上使用Opengl操作的对象是GLSurfaceView,这是一个继承自View的扩展。

  在Android上Opengl是通过Vertex Shader 和 Fragment Shader 这两种定点着色器程序来实现图片的加载和渲染的,中文称为定点着色器和片段着色器。一个完整的Opengl程序需要创建定点着色器和片段着色器并将他们Link起来组成一个完整的OpenGL程序。

  顶点着色器的作用是为每一个顶点生成坐标,因此每个顶点都要运行一遍顶点着色器程序,一旦顶点坐标计算出来之后,OpenGL就能够使用这些顶点来组成点,线,和三角形。所有任意的图形都是由这三种基本元素来描述的。下图是顶点着色器进行坐标转换的过程(稍微有点复杂):

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  这个过程包含了从原始的对象坐标经过模型视图转换生成眼坐标,再经过投影转换生成裁剪坐标,再通过w坐标的归一化转换成为NDC(顶点坐标由(x,y,z,w)构成,在shader程序中一般用一个四维向量vec4来描述),最终通过视口变换生成屏幕坐标显示在屏幕上。这一系列的转换都是通过矩阵来完成的,转换过程和原理是Opengl的精华内容,对于需要进入3D世界的同学需要掌握。在2D世界中我们只需要了解NDC就行了,这里就把NDC叫做OpenGL 坐标,加上Normalized 的修饰是因为这些坐标的值都在(-1,1)之间,OpenGL坐标表示见下图:

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  OpenGL坐标原点在屏幕中央,左右坐标范围为[-1,1],在2d环境中坐标值只存在(x,y),并且坐标范围都只能在-1 到 1之间,屏幕中心坐标为(0,0)。因此如果需要指定一张图片的显示位置,指定坐标需要根据这个坐标系来,此外为了保证图片显示比例(长宽比例),在portrait 到 landscape 之间变换的时候一般需要乘以一个aspectRatio (width / height) 来重新设定坐标值。

  了解了Opengl坐标,在来了解一下屏幕坐标(屏幕坐标的坐标原点在左上角)和纹理坐标(纹理坐标的坐标原点在左下角):

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屏幕坐标系                技术分享

  纹理坐标系

  片段着色器的作用是为点,线或者三角形的每一个顶点的片段(Fragment)生成渲染后的最终颜色。片段就是一个小的单色矩形区域,可以简单的认为是屏幕上的一个像素点。

  以上基本知识基本上可以处理Opengl实现2D图像的绘制和处理。下面来简单看一下Shader的写法,在Android平台上Shader程序一般以字符串的形式出现,或者在res/raw/目录下以*.glsl的格式出现,如果是以单独的文件出现,需要定义专门的文件读入接口来加载Shader程序。这里就介绍一下字符串的形式的Shader程序,来看下面简单的Vertex Shader 和 Fragment Shader:

    private static final String VERTEX_SHADER =
        "attribute vec4 a_position;\n" +
        "attribute vec2 a_texcoord;\n" +
        "varying vec2 v_texcoord;\n" +
        "void main() {\n" +
        "  gl_Position = a_position;\n" +
        "  v_texcoord = a_texcoord;\n" +
        "}\n";

    private static final String FRAGMENT_SHADER =
        "precision mediump float;\n" +
        "uniform sampler2D tex_sampler;\n" +
        "varying vec2 v_texcoord;\n" +
        "void main() {\n" +
        "  gl_FragColor = texture2D(tex_sampler, v_texcoord);\n" +
        "}\n";

  先看一下VERTEX_SHADER,定义了两种类型的变量 atrribute 和 varying。

  其中 attribute变量是只能在vertex shader中使用的变量。(它不能在fragment shader中声明attribute变量,也不能被fragment shader中使用),一般用attribute变量来表示一些顶点的数据,这些顶点数据包含了顶点坐标,法线,纹理坐标,顶点颜色等。应用中一般用函数glBindAttribLocation()来绑定每个attribute变量的位置,然后用函数glVertexAttribPointer()为每个attribute变量赋值。

  varying被称为易变量,一般用于从Vertex Shader 向 Fragment Shader传递数据,上面例子中在VertexShader中定义了attribute 类型的二维向量a_texcoord,并将该值赋值给varying类型的二维向量 v_texcoord。此外对于Vertex Shader 在main() 中必须将顶点坐标赋值给系统变量gl_Position。

  看一下FRAGMENT_SHADER,定义了两种类型的变量,uniform 和 varying。此外还多了一句 precision mediump float,这句话用于定义数据精度,Opengl中可以设置三种类型的精度(lowp,medium 和 highp),对于Vertex Shader来说,Opengl使用的是默认最高精度级别(highp),因此没有定义。

  uniform变量是APP序传递给(vertex和fragment)shader的变量。通过函数glUniform**()函数赋值的。 在(vertex和fragment)shader程序内部,uniform变量就像是C语言里面的常量(const ),它不能被shader程序修改(shader只能用,不能改)。如果uniform变量在vertex和fragment两者之间声明方式完全一样,则它可以在vertex和fragment共享使用。 (相当于一个被vertex和fragment shader共享的全局变量)uniform变量一般用来表示:变换矩阵,材质,光照参数和颜色等信息。

  对于Fragment Shader也需对gl_FragColor赋值。

  现在对基本的Shader有了了解,来看一下Android怎么使用Shader程序。先说明一下Opengl中的资源一般都是用一个句柄(handle)来引用,句柄一般由gl***接口返回,代表一个特定的资源。

  在Android上使用gl,需要用到一些列接口,这里按照一般的调用顺序来列一下基本的接口(暂不包含错误处理)

  1. 和创建Shader相关的:glCreateShader -> glShaderSource -> glCompileShader , 通过这几个接口的调用最终返回一个Shader的句柄

  2. 和创建Shader程序相关的(每个shader程序都必须包含Vertex Shader 和 Fragment Shader两部分):glCreateProgram -> glAttachShader -> glLinkProgram,通过这些接口的调用最终返回个Program的句柄。

  3. 获取Shader内部变量赋值和传递数据到gl,对于不同类型的数据使用不同的接口:GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "tex_sampler"),GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "a_texcoord"),以上两个接口中mProgram 代表glCreateProgram返回的 Shader程序句柄,“a_texcoord”和"tex_sampler"是 Vertex Shader和 Fragment Shader中定义的变量,通过这两个接口获取了变量的句柄,便于向这些变量中传入值。获得变量的句柄之后就要向其中传值,一般通过glVertexAttribPointer()来完成,详细参数这里没有列出,在实例代码中可以学习一下,传值之后需要使glEnableVertexAttribArray才能将数据传入到gl中,传入数据使用glDrawArrays() 。

  这里介绍了Opengl的基本知识,下一篇结合实例介绍一下Opengl在Android上的使用。

Android OpenGL 基础入门

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原文地址:http://www.cnblogs.com/zhuyp1015/p/4472599.html

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