绘制形状

在您定义要使用 OpenGL 绘制的形状后，您可能希望绘制它们。使用 OpenGL ES 2.0 绘制形状比您想象的需要更多的代码，因为 API 提供了对图形渲染管道的极大控制。

本课程说明了如何使用 OpenGL ES 2.0 API 绘制您在上一个课程中定义的形状。

初始化形状

在进行任何绘制之前，您必须初始化并加载您计划绘制的形状。除非您在程序执行过程中使用的形状的结构（原始坐标）发生变化，否则您应该在渲染器的 onSurfaceCreated() 方法中初始化它们，以提高内存和处理效率。

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，因为您必须向图形渲染管道提供大量详细信息。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 - 用于使用颜色或纹理渲染形状面的 OpenGL ES 代码。
程序 - 一个包含您想要用于绘制一个或多个形状的着色器的 OpenGL ES 对象。

您至少需要一个顶点着色器来绘制形状和一个片段着色器来为该形状着色。这些着色器必须进行编译，然后添加到 OpenGL ES 程序中，然后用于绘制形状。以下是如何定义可以在 Triangle 类中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;" +
        "}";

    ...
}

着色器包含必须在使用 OpenGL ES 环境之前进行编译的 OpenGL 着色语言 (GLSL) 代码。要编译此代码，请在渲染器类中创建一个实用程序方法

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;
}

为了绘制您的形状，您必须编译着色器代码，将它们添加到 OpenGL ES 程序对象中，然后链接该程序。在您绘制的对象的构造函数中执行此操作，以便只执行一次。

注意：从 CPU 周期和处理时间的角度来看，编译 OpenGL ES 着色器和链接程序的成本很高，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，则应构建您的代码，以便它们只创建一次，然后缓存以供以后使用。

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调用以绘制您的形状。使用 OpenGL ES 绘制形状要求您指定几个参数，以告诉渲染管道您想要绘制什么以及如何绘制它。由于绘制选项可能因形状而异，因此最好让您的形状类包含其自己的绘制逻辑。

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为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);
}

一旦您将所有这些代码都到位，绘制此对象只需要从渲染器的 onDrawFrame() 方法中调用 draw() 方法。

Kotlin

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

    mTriangle.draw()
}

Java

public void onDrawFrame(GL10 unused) {
    ...

    mTriangle.draw();
}

运行应用程序时，它应该如下所示

图 1. 没有投影或摄像机视图绘制的三角形。

此代码示例存在一些问题。首先，它不会给您的朋友留下深刻印象。其次，三角形有点扁平，并且当您更改设备的屏幕方向时形状会发生变化。形状倾斜的原因是由于对象顶点尚未针对显示 GLSurfaceView 的屏幕区域的比例进行校正。您可以在下一课中使用投影和摄像机视图来解决此问题。

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 图形管道。