Android开发之利用GL10描绘点、线、面

本文涉及的产品
视觉智能开放平台,视频资源包5000点
视觉智能开放平台,图像资源包5000点
视觉智能开放平台,分割抠图1万点
简介: 本文介绍了如何使用GL10进行三维图形绘制。首先,每个点由三个浮点数(x, y, z)表示,数组大小为顶点数的三倍来构建平面。接着,通过`FloatBuffer`将浮点数组转换为OpenGL可识别的格式。绘制图形时,需启用和禁用顶点开关,并调用`glVertexPointer`指定顶点坐标和`glDrawArrays`绘制点、线、面。文中展示了绘制立方体线框的代码,包括顶点数组转换、立方体各面的定义以及绘制方法。最后,提到了球体的绘制概念。

上一篇文章介绍了GL10的常用方法,包括如何设置颜色、如何指定坐标系、如何调整镜头参数、如何挪动观测方位等等,不过这些方法只是绘图前的准备工作,真正描绘点、线、面的制图工作并未涉及,那么本文就来谈谈如何利用GL10进行实际的三维绘图操作。

首先在三维坐标系中,每个点都有x、y、z三个方向上的坐标值,这样需要三个浮点数来表示一个点。然后一个面又至少由三个点组成,例如三个点可以构成一个三角形,而四个点可以构成一个四边形。于是OpenGL使用浮点数组表达一块平面区域的时候,数组大小=该面的顶点个数*3,也就是说,每三个浮点数用来指定一个顶点的x、y、z三轴坐标,所以总共需要三倍于顶点数量的浮点数才能表示这些顶点构成的平面。以下举个定义四边形的浮点数组例子:

float verticesFront[] = {
   
    1f, 1f, 1f,   1f, 1f, -1f,   -1f, 1f, -1f,  -1f, 1f, 1f };

上述的浮点数组一共有12个浮点数,其中每三个浮点数代表一个点,因此这个四边形由下列坐标的顶点构成:点1坐标(1,1,1)、点2坐标(1,1,-1)、点3坐标(-1,1,-1)、点4坐标(-1,1,1)。

不过这个浮点数组并不能直接传给OpenGL处理,因为OpenGL的底层是用C语言实现的,C语言与其它语言(如Java)默认的数据存储方式在字节顺序上可能不同(如大端小端问题),所以其它语言的数据结构必须转换成C语言能够识别的形式,说白了就是翻译。这里面C语言能听懂的数据结构名叫FloatBuffer,于是问题的实质就变成了如何将浮点数组folat[]转换为浮点缓存FloatBuffer,具体的转换过程已经有了现成的模板,开发者只管套进去即可,详细的转换函数代码如下所示:

    public static FloatBuffer getFloatBuffer(float[] array) {
   
   
        //初始化字节缓冲区的大小=数组长度*数组元素大小。float类型的元素大小为Float.SIZE,
        //int类型的元素大小为Integer.SIZE,double类型的元素大小为Double.SIZE。
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(array.length * Float.SIZE);
        //以本机字节顺序来修改字节缓冲区的字节顺序
        //OpenGL在底层的实现是C语言,与Java默认的数据存储字节顺序可能不同,即大端小端问题。
        //因此,为了保险起见,在将数据传递给OpenGL之前,需要指明使用本机的存储顺序
        byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder());
        //根据设置好的参数构造浮点缓冲区
        FloatBuffer floatBuffer = byteBuffer.asFloatBuffer();
        //把数组数据写入缓冲区
        floatBuffer.put(array);
        //设置浮点缓冲区的初始位置
        floatBuffer.position(0);
        return floatBuffer;
    }

现在有了可供OpenGL识别的FloatBuffer对象,接着描绘三维图形就有章可循了。绘制图形之前要先调用glEnableClientState方法启用顶点开关,绘制完成之后要调用glDisableClientState方法禁用顶点开关,在这两个方法之中再进行实际的点、线、面绘制操作。下面是绘制三维图形的函数调用顺序示例:

        // 启用顶点开关
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        // 指定三维物体的顶点坐标集合
        // gl.glVertexPointer(***);
        // 在顶点坐标集合之间绘制点、线、面
        // gl.glDrawArrays(***);
        // 禁用顶点开关
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

注意到上面代码给出了描绘动作的两个方法glVertexPointer和glDrawArrays,其中前者指定了三维物体的顶点坐标集合,后者才在顶点坐标集合之间绘制点、线、面。那么这两个方法的输入参数又是怎样取值的呢?先来看看glVertexPointer方法的函数参数定义,说明如下:

    void glVertexPointer(
        int size, // 指定顶点的坐标维度。三维空间有x、y、z三个坐标轴,所以三维空间的size为3。同理,二维平面的size为2,相对论时空观的size为4(三维空间+时间)
        int type, // 指定顶点的数据类型。GL10.GL_FLOAT表示浮点数,GL_SHORT表示短整型,等等。
        int stride, // 指定顶点之间的间隔。通常取值为0,表示这些顶点是连续的。
        java.nio.Buffer pointer // 所有顶点坐标的数据集合。这个便是前面转换而来的FloatBuffer对象了。
    );
通常情况下,OpenGL用于处理三维空间的连续顶点的图形绘制,故而一般可按以下格式调用glVertexPointer方法:

        // 三维空间,顶点的坐标值为浮点数,且顶点是连续的集合
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, buffer);
再来看看glDrawArrays方法的函数参数定义,说明如下:

    void glDrawArrays(
        int mode, // 指定顶点之间的绘制模式。是只描绘点,还是描绘顶点之间的线段,还是描绘顶点构成的平面。
        int first, // 从第first个顶点开始绘制。若无意外都是取值0,表示从数组下标的第0个开始绘制。
        int count // 本次绘制操作的顶点数量。也就是说,从第first个点描绘到第(first+count)个顶点。
    );

这里补充介绍一下glDrawArrays方法的绘制模式取值,常见的几种绘制模式取值说明如下:

GL10.GL_POINTS : 只描绘各个独立的点

GL10.GL_LINE_STRIP : 前后两个顶点用线段连接,但不闭合(最后一个点与第一个点不连接)

GL10.GL_LINE_LOOP : 前后两个顶点用线段连接,并且闭合(最后一个点与第一个点有线段连接)

GL10.GL_TRIANGLES : 每隔三个顶点绘制一个三角形的平面

按照本文的演示要求,只需绘制一个立方体的线段框架,因此可按以下格式调用glDrawArrays方法:

        // 每个面画闭合的四边形线段,从第0个点开始绘制,绘制四边形的所有顶点(pointCount=4)
        gl.glDrawArrays(GL10.GL_LINE_LOOP, 0, pointCount);

好不容易啰嗦了这么多,绘制一个简单的立方体已经八九不离十了,还是先来瞅瞅OpenGL绘制的立方体效果长啥样:

gl_cube.png

见过了立方体的效果图,再来看看完整立方体的图形绘制代码片段:

    // 声明立方体六个面的顶点集合的初始浮点数组定义
    private ArrayList<FloatBuffer> mVertices = new ArrayList<FloatBuffer>();
    float[] verticesFront = {
   
    1f, 1f, 1f,   1f, 1f, -1f,   -1f, 1f, -1f,  -1f, 1f, 1f };
    float[] verticesBack = {
   
    1f, -1f, 1f,  1f, -1f, -1f,  -1f, -1f, -1f, -1f, -1f, 1f };
    float[] verticesTop = {
   
    1f, 1f, 1f,   1f, -1f, 1f,   -1f, -1f, 1f,  -1f, 1f, 1f };
    float[] verticesBottom = {
   
    1f, 1f, -1f,  1f, -1f, -1f,  -1f, -1f, -1f, -1f, 1f, -1f };
    float[] verticesLeft = {
   
    -1f, 1f, 1f,  -1f, 1f, -1f,  -1f, -1f, -1f,  -1f, -1f, 1f };
    float[] verticesRight = {
   
    1f, 1f, 1f,   1f, 1f, -1f,   1f, -1f, -1f,  1f, -1f, 1f };
    int pointCount = verticesFront.length/3;

    // 把顶点集合的数据结构由float[]转换为FloatBuffer
    private void initVertexs() {
   
   
        mVertices.add(FileUtil.getFloatBuffer(verticesFront));
        mVertices.add(FileUtil.getFloatBuffer(verticesBack));
        mVertices.add(FileUtil.getFloatBuffer(verticesTop));
        mVertices.add(FileUtil.getFloatBuffer(verticesBottom));
        mVertices.add(FileUtil.getFloatBuffer(verticesLeft));
        mVertices.add(FileUtil.getFloatBuffer(verticesRight));
    }
    // 根据顶点数据集合,绘制立方体的线段框架
    private void drawCube(GL10 gl) {
   
   
        // 启用顶点开关
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        // 立方体由六个正方形平面组成
        for (FloatBuffer buffer : mVertices) {
   
   
            // 将顶点坐标传给 OpenGL 管道
            //size: 每个顶点有几个数值描述。必须是2,3 ,4 之一。
            //type: 数组中每个顶点的坐标类型。取值:GL_BYTE, GL_SHORT, GL_FIXED, GL_FLOAT。
            //stride:数组中每个顶点间的间隔,步长(字节位移)。取值若为0,表示数组是连续的
            //pointer:即存储顶点的Buffer
            gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, buffer);
            // 用画线的方式将点连接并画出来
            //GL_POINTS ————绘制独立的点
            //GL_LINE_STRIP————绘制连续的线段,不封闭
            //GL_LINE_LOOP————绘制连续的线段,封闭
            //GL_LINES————顶点两两连接,为多条线段构成
            //GL_TRIANGLES————每隔三个顶点构成一个三角形
            //GL_TRIANGLE_STRIP————每相邻三个顶点组成一个三角形
            //GL_TRIANGLE_FAN————以一个点为三角形公共顶点,组成一系列相邻的三角形
            gl.glDrawArrays(GL10.GL_LINE_LOOP, 0, pointCount);
        }
        // 禁用顶点开关
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
    }

立方体算是最简单的三维物体了,倘若是一个球体,也能按照上述的代码逻辑绘制球形框架,当然这个近似球体需要由许多个小三角形构成。下面是利用OpenGL绘制的球体效果图:
gl_ball.png

目录
相关文章
|
29天前
|
开发框架 前端开发 Android开发
安卓与iOS开发中的跨平台策略
在移动应用开发的战场上,安卓和iOS两大阵营各据一方。随着技术的演进,跨平台开发框架成为开发者的新宠,旨在实现一次编码、多平台部署的梦想。本文将探讨跨平台开发的优势与挑战,并分享实用的开发技巧,帮助开发者在安卓和iOS的世界中游刃有余。
|
1月前
|
缓存 前端开发 Android开发
安卓开发中的自定义视图:从零到英雄
【10月更文挑战第42天】 在安卓的世界里,自定义视图是一块画布,让开发者能够绘制出独一无二的界面体验。本文将带你走进自定义视图的大门,通过深入浅出的方式,让你从零基础到能够独立设计并实现复杂的自定义组件。我们将探索自定义视图的核心概念、实现步骤,以及如何优化你的视图以提高性能和兼容性。准备好了吗?让我们开始这段创造性的旅程吧!
26 1
|
1月前
|
搜索推荐 Android开发 开发者
探索安卓开发中的自定义视图:打造个性化UI组件
【10月更文挑战第39天】在安卓开发的世界中,自定义视图是实现独特界面设计的关键。本文将引导你理解自定义视图的概念、创建流程,以及如何通过它们增强应用的用户体验。我们将从基础出发,逐步深入,最终让你能够自信地设计和实现专属的UI组件。
|
16天前
|
搜索推荐 前端开发 API
探索安卓开发中的自定义视图:打造个性化用户界面
在安卓应用开发的广阔天地中,自定义视图是一块神奇的画布,让开发者能够突破标准控件的限制,绘制出独一无二的用户界面。本文将带你走进自定义视图的世界,从基础概念到实战技巧,逐步揭示如何在安卓平台上创建和运用自定义视图来提升用户体验。无论你是初学者还是有一定经验的开发者,这篇文章都将为你打开新的视野,让你的应用在众多同质化产品中脱颖而出。
40 19
|
29天前
|
IDE Java 开发工具
移动应用与系统:探索Android开发之旅
在这篇文章中,我们将深入探讨Android开发的各个方面,从基础知识到高级技术。我们将通过代码示例和案例分析,帮助读者更好地理解和掌握Android开发。无论你是初学者还是有经验的开发者,这篇文章都将为你提供有价值的信息和技巧。让我们一起开启Android开发的旅程吧!
|
16天前
|
JSON Java API
探索安卓开发:打造你的首个天气应用
在这篇技术指南中,我们将一起潜入安卓开发的海洋,学习如何从零开始构建一个简单的天气应用。通过这个实践项目,你将掌握安卓开发的核心概念、界面设计、网络编程以及数据解析等技能。无论你是初学者还是有一定基础的开发者,这篇文章都将为你提供一个清晰的路线图和实用的代码示例,帮助你在安卓开发的道路上迈出坚实的一步。让我们一起开始这段旅程,打造属于你自己的第一个安卓应用吧!
41 14
|
19天前
|
Java Linux 数据库
探索安卓开发:打造你的第一款应用
在数字时代的浪潮中,每个人都有机会成为创意的实现者。本文将带你走进安卓开发的奇妙世界,通过浅显易懂的语言和实际代码示例,引导你从零开始构建自己的第一款安卓应用。无论你是编程新手还是希望拓展技术的开发者,这篇文章都将为你打开一扇门,让你的创意和技术一起飞扬。
|
17天前
|
XML 存储 Java
探索安卓开发之旅:从新手到专家
在数字时代,掌握安卓应用开发技能是进入IT行业的关键。本文将引导读者从零基础开始,逐步深入安卓开发的世界,通过实际案例和代码示例,展示如何构建自己的第一个安卓应用。我们将探讨基本概念、开发工具设置、用户界面设计、数据处理以及发布应用的全过程。无论你是编程新手还是有一定基础的开发者,这篇文章都将为你提供宝贵的知识和技能,帮助你在安卓开发的道路上迈出坚实的步伐。
30 5
|
16天前
|
开发框架 Android开发 iOS开发
安卓与iOS开发中的跨平台策略:一次编码,多平台部署
在移动应用开发的广阔天地中,安卓和iOS两大阵营各占一方。随着技术的发展,跨平台开发框架应运而生,它们承诺着“一次编码,到处运行”的便捷。本文将深入探讨跨平台开发的现状、挑战以及未来趋势,同时通过代码示例揭示跨平台工具的实际运用。
|
17天前
|
XML 搜索推荐 前端开发
安卓开发中的自定义视图:打造个性化UI组件
在安卓应用开发中,自定义视图是一种强大的工具,它允许开发者创造独一无二的用户界面元素,从而提升应用的外观和用户体验。本文将通过一个简单的自定义视图示例,引导你了解如何在安卓项目中实现自定义组件,并探讨其背后的技术原理。我们将从基础的View类讲起,逐步深入到绘图、事件处理以及性能优化等方面。无论你是初学者还是有经验的开发者,这篇文章都将为你提供有价值的见解和技巧。
下一篇
DataWorks