Android OpenGL ES 简明开发教程七：材质渲染

jerry OpenGL ES 2015年11月25日收藏

前面讨论了如何给3D图形染色，更一般的情况是使用位图来给Mesh上色（渲染材质）。主要步骤如下：

创建Bitmap对象

使用材质渲染，首先需要构造用来渲染的Bitmap对象，Bitmap对象可以从资源文件中读取或是从网络下载或是使用代码构造。为简单起见，从资源中读取：

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(contect.getResources(),
 R.drawable.icon);

要注意的是，有些设备对使用的Bitmap的大小有要求，要求Bitmap的宽度和长度为2的几次幂（1，2，4，8，16，32，64.。。。)，如果使用不和要求的Bitmap来渲染，可能只会显示白色。

创建材质(Generating a texture)

下一步使用OpenGL库创建一个材质(Texture)，首先是获取一个Texture Id。

// Create an int array with the number of textures we want,
// in this case 1.
int[] textures = new int[1];
// Tell OpenGL to generate textures.
gl.glGenTextures(1, textures, 0);

textures中存放了创建的Texture ID，使用同样的Texture Id ，也可以来删除一个Texture：

// Delete a texture.
gl.glDeleteTextures(1, textures, 0)

有了Texture Id之后，就可以通知OpenGL库使用这个Texture：

gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, textures[0]);

设置Texture参数glTexParameter

下一步需要给Texture填充设置参数，用来渲染的Texture可能比要渲染的区域大或者小，这是需要设置Texture需要放大或是缩小时OpenGL的模式：

// Scale up if the texture if smaller.
gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D,
 GL10.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
 GL10.GL_LINEAR);
 
// scale linearly when image smalled than texture
gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D,
 GL10.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,
 GL10.GL_LINEAR);

常用的两种模式为GL10.GL_LINEAR和GL10.GL_NEAREST。

需要比较清晰的图像使用GL10.GL_NEAREST：

而使用GL10.GL_LINEAR则会得到一个较模糊的图像：

UV Mapping

下一步要告知OpenGL库如何将Bitmap的像素映射到Mesh上。这可以分为两步来完成：

定义UV坐标

UV Mapping指将Bitmap的像素映射到Mesh上的顶点。UV坐标定义为左上角（0，0），右下角（1，1）（因为使用的2D Texture)，下图坐标显示了UV坐标，右边为我们需要染色的平面的顶点顺序：

为了能正确的匹配，需要把UV坐标中的（0，1）映射到顶点0，（1，1）映射到顶点2等等。

float textureCoordinates[] = {0.0f, 1.0f,
 1.0f, 1.0f,
 0.0f, 0.0f,
 1.0f, 0.0f };

如果使用如下坐标定义：

float textureCoordinates[] = {0.0f, 0.5f,
 0.5f, 0.5f,
 0.0f, 0.0f,
 0.5f, 0.0f };

Texture匹配到Plane的左上角部分。

而

float textureCoordinates[] = {0.0f, 2.0f,
 2.0f, 2.0f,
 0.0f, 0.0f,
 2.0f, 0.0f };

将使用一些不存在的Texture去渲染平面(UV坐标为0，0-1，1 而 (0,0)-(2,2)定义超过UV定义的大小），这时需要告诉OpenGL库如何去渲染这些不存在的Texture部分。

有两种设置

GL_REPEAT 重复Texture。
GL_CLAMP_TO_EDGE 只靠边线绘制一次。

下面有四种不同组合：

使用如下配置：

gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D,
 GL10.GL_TEXTURE_WRAP_S,
 GL10.GL_REPEAT);
gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D,
 GL10.GL_TEXTURE_WRAP_T,
 GL10.GL_REPEAT);

然后是将Bitmap资源和Texture绑定起来：

GLUtils.texImage2D(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);

使用Texture

为了能够使用上面定义的Texture，需要创建一Buffer来存储UV坐标：

FloatBuffer byteBuf = ByteBuffer.allocateDirect(texture.length * 4);
byteBuf.order(ByteOrder.nativeOrder());
textureBuffer = byteBuf.asFloatBuffer();
textureBuffer.put(textureCoordinates);
textureBuffer.position(0);

渲染

// Telling OpenGL to enable textures.
gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
// Tell OpenGL where our texture is located.
gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, textures[0]);
// Tell OpenGL to enable the use of UV coordinates.
gl.glEnableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
// Telling OpenGL where our UV coordinates are.
gl.glTexCoordPointer(2, GL10.GL_FLOAT, 0, textureBuffer);
 
// ... here goes the rendering of the mesh ...
 
// Disable the use of UV coordinates.
gl.glDisableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
// Disable the use of textures.
gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);

代码是在一个平面上（SimplePlane）下使用Texture来渲染，首先是修改Mesh基类，使它能够支持定义UV 坐标：

// Our UV texture buffer.
private FloatBuffer mTextureBuffer;
 
/**
 * Set the texture coordinates.
 *
 * @param textureCoords
 */
protected void setTextureCoordinates(float[] textureCoords) {
 // float is 4 bytes, therefore we multiply the number if
 // vertices with 4.
 ByteBuffer byteBuf = ByteBuffer.allocateDirect(
 textureCoords.length * 4);
 byteBuf.order(ByteOrder.nativeOrder());
 mTextureBuffer = byteBuf.asFloatBuffer();
 mTextureBuffer.put(textureCoords);
 mTextureBuffer.position(0);
}

并添加设置Bitmap和创建Texture的方法：

// Our texture id.
private int mTextureId = -1;
 
// The bitmap we want to load as a texture.
private Bitmap mBitmap;
 
/**
 * Set the bitmap to load into a texture.
 *
 * @param bitmap
 */
public void loadBitmap(Bitmap bitmap) {
 this.mBitmap = bitmap;
 mShouldLoadTexture = true;
}
 
/**
 * Loads the texture.
 *
 * @param gl
 */
private void loadGLTexture(GL10 gl) {
 // Generate one texture pointer...
 int[] textures = new int[1];
 gl.glGenTextures(1, textures, 0);
 mTextureId = textures[0];
 
 // ...and bind it to our array
 gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, mTextureId);
 
 // Create Nearest Filtered Texture
 gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,
 GL10.GL_LINEAR);
 gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
 GL10.GL_LINEAR);
 
 // Different possible texture parameters, e.g. GL10.GL_CLAMP_TO_EDGE
 gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_WRAP_S,
 GL10.GL_CLAMP_TO_EDGE);
 gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_WRAP_T,
 GL10.GL_REPEAT);
 
 // Use the Android GLUtils to specify a two-dimensional texture image
 // from our bitmap
 GLUtils.texImage2D(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0, mBitmap, 0);
}

最后修改draw方法来渲染材质：

// Indicates if we need to load the texture.
private boolean mShouldLoadTexture = false;
 
/**
 * Render the mesh.
 *
 * @param gl
 *            the OpenGL context to render to.
 */
public void draw(GL10 gl) {
 ...
 
 // Smooth color
 if (mColorBuffer != null) {
 // Enable the color array buffer to be used during rendering.
 gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);
 gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FLOAT, 0, mColorBuffer);
 }
 
 if (mShouldLoadTexture) {
 loadGLTexture(gl);
 mShouldLoadTexture = false;
 }
 if (mTextureId != -1 && mTextureBuffer != null) {
 gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
 // Enable the texture state
 gl.glEnableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
 
 // Point to our buffers
 gl.glTexCoordPointer(2, GL10.GL_FLOAT, 0, mTextureBuffer);
 gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, mTextureId);
 }
 
 gl.glTranslatef(x, y, z);
 
 ...
 
 // Point out the where the color buffer is.
 gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLES, mNumOfIndices,
 GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, mIndicesBuffer);
 
 ...
 
 if (mTextureId != -1 && mTextureBuffer != null) {
 gl.glDisableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
 }
 
 ...
 
}

使用的SimplePlane定义如下：

package se.jayway.opengl.tutorial.mesh;
 
/**
 * SimplePlane is a setup class for Mesh that creates a plane mesh.
 *
 * @author Per-Erik Bergman (per-erik.bergman@jayway.com)
 *
 */
public class SimplePlane extends Mesh {
 /**
 * Create a plane with a default with and height of 1 unit.
 */
 public SimplePlane() {
 this(1, 1);
 }
 
 /**
 * Create a plane.
 *
 * @param width
 *            the width of the plane.
 * @param height
 *            the height of the plane.
 */
 public SimplePlane(float width, float height) {
 // Mapping coordinates for the vertices
 float textureCoordinates[] = { 0.0f, 2.0f, //
 2.0f, 2.0f, //
 0.0f, 0.0f, //
 2.0f, 0.0f, //
 };
 
 short[] indices = new short[] { 0, 1, 2, 1, 3, 2 };
 
 float[] vertices = new float[] { -0.5f, -0.5f, 0.0f,
 0.5f, -0.5f, 0.0f,
 -0.5f,  0.5f, 0.0f,
 0.5f, 0.5f, 0.0f };
 
 setIndices(indices);
 setVertices(vertices);
 setTextureCoordinates(textureCoordinates);
 }
}