Android OpenGL ES 开发教程(8)：基本几何图形定义

jerry OpenGL ES 2015年11月25日收藏

在前面Android OpenGL ES 开发教程(7)：创建实例应用OpenGLDemos程序框架我们创建了示例程序的基本框架，并提供了一个“Hello World”示例，将屏幕显示为红色。

介绍OpenGL ES 3D图形库支持的几种基本几何图形，本篇部分内容与Android OpenGL ES 简明开发教程三：3D绘图基本概念类似。

通常二维图形库可以绘制点，线，多边形，圆弧，路径等等。OpenGL ES 支持绘制的基本几何图形分为三类：点，线段，三角形。也就是说OpenGL ES 只能绘制这三种基本几何图形。任何复杂的2D或是3D图形都是通过这三种几何图形构造而成的。

比如下图复杂的3D图形，都有将其分割成细小的三角形面而构成的。然后通过上色(Color)，添加材质(Texture)，再添加光照（lighting)，构造3D效果的图形：

点，线段，三角形都是通过顶点来定义的，也就是顶点数组来定义。对应平面上的一系列顶点，可以看出一个个孤立的点(Point)，也可以两个两个连接成线段(Line Segment) ，也可以三个三个连成三角形(Triangle)。这些对一组顶点的不同解释就定义了Android OpenGL ES可以绘制的基本几何图形，下面定义了OpenGL ES定义的几种模式：

GL_POINTS

绘制独立的点。

GL_LINE_STRIP

绘制一系列线段。

GL_LINE_LOOP

类同上，但是首尾相连，构成一个封闭曲线。

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，为多个三角形组成。

GL_TRIANGLE_STRIP

每相邻三个顶点组成一个三角形，为一系列相接三角形构成。

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。

以上模式对应到Android渲染方法：

OpenGL ES提供了两类方法来绘制一个空间几何图形：

public abstract void glDrawArrays(int mode, int first, int count) 使用VetexBuffer 来绘制，顶点的顺序由vertexBuffer中的顺序指定。
public abstract void glDrawElements(int mode, int count, int type, Buffer indices) ，可以重新定义顶点的顺序，顶点的顺序由indices Buffer 指定。

其中mode 为上述解释顶点的模式。

前面说过顶点一般使用数组来定义，并使用Buffer来存储以提高绘图性能，参见Android OpenGL ES 开发中的Buffer使用

如下面定义三个顶点坐标，并把它们存放在FloatBuffer 中：

float[] vertexArray = new float[]{
 -0.8f , -0.4f * 1.732f , 0.0f ,
 0.8f , -0.4f * 1.732f , 0.0f ,
 0.0f , 0.4f * 1.732f , 0.0f ,
 };

ByteBuffer vbb
 = ByteBuffer.allocateDirect(vertexArray.length*4);
vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());
FloatBuffer vertex = vbb.asFloatBuffer();
vertex.put(vertexArray);
vertex.position(0);

有了顶点的定义，下面就可以通过打开OpenGL ES管道(Pipeline)的相应开关将顶点参数传给OpenGL 库：

打开顶点开关和关闭顶点开关的方法如下：

gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

...

gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

在打开顶点开关后，将顶点坐标传给OpenGL 管道的方法为：glVertexPointer：

public void glVertexPointer(int size,int type,int stride,Buffer pointer)

size: 每个顶点坐标维数，可以为2，3，4。
type: 顶点的数据类型，可以为GL_BYTE, GL_SHORT, GL_FIXED,或 GL_FLOAT，缺省为浮点类型GL_FLOAT。
stride: 每个相邻顶点之间在数组中的间隔（字节数），缺省为0，表示顶点存储之间无间隔。
pointer: 存储顶点的数组。

应用用上可以般顶点的颜色值存放在对应顶点后面，如下图，RGB 采用4 字节表示，此时相邻顶点就不是连续存放的，stride 值为4

对应顶点除了可以为其定义坐标外，还可以指定颜色，材质，法线（用于光照处理）等。

glEnableClientState 和 glDisableClientState 可以控制的pipeline开关可以有：GL_COLOR_ARRAY (颜色） ,GL_NORMAL_ARRAY (法线), GL_TEXTURE_COORD_ARRAY (材质), GL_VERTEX_ARRAY(顶点), GL_POINT_SIZE_ARRAY_OES等。

对应的传入颜色，顶点，材质，法线的方法如下：

glColorPointer(int size,int type,int stride,Buffer pointer)
glVertexPointer(int size, int type, int stride, Buffer pointer)
glTexCoordPointer(int size, int type, int stride, Buffer pointer)
glNormalPointer(int type, int stride, Buffer pointer)

如果需要使用三角形来构造复杂图形，可以使用GL_TRIANGLE_STRIP或GL_TRIANGLE_FAN模式，另外一种是通过定义顶点序列：

如下图定义了一个正方形：

对应的顶点和buffer 定义代码：

private short[] indices = { 0, 1, 2, 0, 2, 3 };
//To gain some performance we also put this ones in a byte buffer.
// short is 2 bytes, therefore we multiply the number if vertices with 2.
ByteBuffer ibb = ByteBuffer.allocateDirect(indices.length * 2);
ibb.order(ByteOrder.nativeOrder());
ShortBuffer indexBuffer = ibb.asShortBuffer();
indexBuffer.put(indices);
indexBuffer.position(0);

定义三角形的顶点的顺序很重要 在拼接曲面的时候，用来定义面的顶点的顺序非常重要，因为顶点的顺序定义了面的朝向（前向或是后向），为了获取绘制的高性能，一般情况不会绘制面的前面和后面，只绘制面的“前面”。虽然“前面”“后面”的定义可以应人而易，但一般为所有的“前面”定义统一的顶点顺序(顺时针或是逆时针方向）。

下面代码设置逆时针方法为面的“前面”：