绘制形状

在使用 OpenGL 定义要绘制的形状后，您可能想要绘制它们。使用 OpenGL ES 2.0 绘制形状所需的代码量可能比您想象的要多，因为该 API 对图形渲染流水线提供了很大的控制权。

本课程将解释如何使用 OpenGL ES 2.0 API 绘制您在上一课程中定义的形状。

初始化形状

在进行任何绘制之前，您必须初始化和加载您计划绘制的形状。除非您在程序中使用的形状结构（原始坐标）在执行过程中发生变化，否则为了内存和处理效率，您应该在渲染器的 onSurfaceCreated() 方法中初始化它们。

Kotlin

class MyGLRenderer : GLSurfaceView.Renderer {
    ...
    private lateinit var mTriangle: Triangle
    private lateinit var mSquare: Square

    override fun onSurfaceCreated(unused: GL10, config: EGLConfig) {
        ...
        // initialize a triangle
        mTriangle = Triangle()
        // initialize a square
        mSquare = Square()
    }
    ...
}

Java

public class MyGLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {

    ...
    private Triangle mTriangle;
    private Square   mSquare;

    public void onSurfaceCreated(GL10 unused, EGLConfig config) {
        ...
        // initialize a triangle
        mTriangle = new Triangle();
        // initialize a square
        mSquare = new Square();
    }
    ...
}

绘制形状

使用 OpenGL ES 2.0 绘制已定义的形状需要大量的代码，因为您必须为图形渲染流水线提供很多细节。具体来说，您必须定义以下内容

顶点着色器 - 用于渲染形状顶点的 OpenGL ES 图形代码。
片段着色器 - 用于渲染形状表面颜色或纹理的 OpenGL ES 代码。
程序 - 一个 OpenGL ES 对象，其中包含您希望用于绘制一个或多个形状的着色器。

您至少需要一个顶点着色器来绘制形状，以及一个片段着色器来为形状着色。这些着色器必须经过编译，然后添加到 OpenGL ES 程序中，该程序随后用于绘制形状。以下是在 Triangle 类中定义可用于绘制形状的基本着色器的示例

Kotlin

class Triangle {

    private val vertexShaderCode =
            "attribute vec4 vPosition;" +
            "void main() {" +
            "  gl_Position = vPosition;" +
            "}"

    private val fragmentShaderCode =
            "precision mediump float;" +
            "uniform vec4 vColor;" +
            "void main() {" +
            "  gl_FragColor = vColor;" +
            "}"

    ...
}

Java

public class Triangle {

    private final String vertexShaderCode =
        "attribute vec4 vPosition;" +
        "void main() {" +
        "  gl_Position = vPosition;" +
        "}";

    private final String fragmentShaderCode =
        "precision mediump float;" +
        "uniform vec4 vColor;" +
        "void main() {" +
        "  gl_FragColor = vColor;" +
        "}";

    ...
}

着色器包含 OpenGL Shading Language (GLSL) 代码，在使用之前必须在 OpenGL ES 环境中进行编译。要编译此代码，请在渲染器类中创建一个实用方法

Kotlin

fun loadShader(type: Int, shaderCode: String): Int {

    // create a vertex shader type (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
    // or a fragment shader type (GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
    return GLES20.glCreateShader(type).also { shader ->

        // add the source code to the shader and compile it
        GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode)
        GLES20.glCompileShader(shader)
    }
}

Java

public static int loadShader(int type, String shaderCode){

    // create a vertex shader type (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
    // or a fragment shader type (GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
    int shader = GLES20.glCreateShader(type);

    // add the source code to the shader and compile it
    GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);
    GLES20.glCompileShader(shader);

    return shader;
}

为了绘制形状，您必须编译着色器代码，将它们添加到 OpenGL ES 程序对象中，然后链接程序。在绘制对象的构造函数中执行此操作，以便只执行一次。

注意：编译 OpenGL ES 着色器和链接程序在 CPU 周期和处理时间方面成本很高，因此您应该避免多次执行此操作。如果您在运行时不知道着色器的内容，则应构建代码，使其仅创建一次，然后缓存以备后用。

Kotlin

class Triangle {
    ...

    private var mProgram: Int

    init {
        ...

        val vertexShader: Int = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode)
        val fragmentShader: Int = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)

        // create empty OpenGL ES Program
        mProgram = GLES20.glCreateProgram().also {

            // add the vertex shader to program
            GLES20.glAttachShader(it, vertexShader)

            // add the fragment shader to program
            GLES20.glAttachShader(it, fragmentShader)

            // creates OpenGL ES program executables
            GLES20.glLinkProgram(it)
        }
    }
}

Java

public class Triangle() {
    ...

    private final int mProgram;

    public Triangle() {
        ...

        int vertexShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER,
                                        vertexShaderCode);
        int fragmentShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER,
                                        fragmentShaderCode);

        // create empty OpenGL ES Program
        mProgram = GLES20.glCreateProgram();

        // add the vertex shader to program
        GLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);

        // add the fragment shader to program
        GLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);

        // creates OpenGL ES program executables
        GLES20.glLinkProgram(mProgram);
    }
}

此时，您已准备好添加实际绘制形状的调用。使用 OpenGL ES 绘制形状需要您指定几个参数，以告知渲染流水线您要绘制什么以及如何绘制。由于绘制选项因形状而异，因此最好让您的形状类包含自己的绘制逻辑。

创建一个用于绘制形状的 draw() 方法。此代码将位置和颜色值设置到形状的顶点着色器和片段着色器，然后执行绘制函数。

Kotlin

private var positionHandle: Int = 0
private var mColorHandle: Int = 0

private val vertexCount: Int = triangleCoords.size / COORDS_PER_VERTEX
private val vertexStride: Int = COORDS_PER_VERTEX * 4 // 4 bytes per vertex

fun draw() {
    // Add program to OpenGL ES environment
    GLES20.glUseProgram(mProgram)

    // get handle to vertex shader's vPosition member
    positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition").also {

        // Enable a handle to the triangle vertices
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(it)

        // Prepare the triangle coordinate data
        GLES20.glVertexAttribPointer(
                it,
                COORDS_PER_VERTEX,
                GLES20.GL_FLOAT,
                false,
                vertexStride,
                vertexBuffer
        )

        // get handle to fragment shader's vColor member
        mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor").also { colorHandle ->

            // Set color for drawing the triangle
            GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0)
        }

        // Draw the triangle
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount)

        // Disable vertex array
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(it)
    }
}

Java

private int positionHandle;
private int colorHandle;

private final int vertexCount = triangleCoords.length / COORDS_PER_VERTEX;
private final int vertexStride = COORDS_PER_VERTEX * 4; // 4 bytes per vertex

public void draw() {
    // Add program to OpenGL ES environment
    GLES20.glUseProgram(mProgram);

    // get handle to vertex shader's vPosition member
    positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition");

    // Enable a handle to the triangle vertices
    GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionHandle);

    // Prepare the triangle coordinate data
    GLES20.glVertexAttribPointer(positionHandle, COORDS_PER_VERTEX,
                                 GLES20.GL_FLOAT, false,
                                 vertexStride, vertexBuffer);

    // get handle to fragment shader's vColor member
    colorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");

    // Set color for drawing the triangle
    GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0);

    // Draw the triangle
    GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);

    // Disable vertex array
    GLES20.glDisableVertexAttribArray(positionHandle);
}

完成所有这些代码后，只需在渲染器的 onDrawFrame() 方法中调用 draw() 方法即可绘制此对象。

Kotlin

override fun onDrawFrame(unused: GL10) {
    ...

    mTriangle.draw()
}

Java

public void onDrawFrame(GL10 unused) {
    ...

    mTriangle.draw();
}

运行应用时，它应如下所示

图 1. 未使用投影或相机视图绘制的三角形。

此代码示例存在一些问题。首先，它不会让您的朋友眼前一亮。其次，当您更改设备的屏幕方向时，三角形会有点变形并改变形状。形状发生倾斜的原因是对象顶点未针对显示 GLSurfaceView 的屏幕区域的比例进行校正。您可以在下一课程中使用投影和相机视图解决此问题。

最后，三角形是静止的，这有点无聊。在添加运动课程中，您将使此形状旋转，并更有趣地使用 OpenGL ES 图形流水线。

绘制形状 使用集合保持井井有条 根据您的偏好保存内容并对其进行分类。

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