OpenGLES图形编程入门：基础与变换

### OpenGL ES 图形编程入门：基础与变换 #### 1. OpenGL ES 基础注意事项 在使用 OpenGL ES 进行图形编程时，有一个重要的点需要注意：混合操作（Blending）成本较高。当前的移动 GPU 在处理大量像素的混合时表现并不理想，所以应避免过度使用混合，仅在绝对必要时才使用。 #### 2. 更多图元类型 除了常见的三角形，OpenGL ES 还能渲染点和线等图元。这些图元同样通过顶点来定义，并且之前提到的纹理映射、逐顶点颜色等操作也适用于它们。在调用 `glDrawArrays()` 或 `glDrawElements()` 时，使用除 `GL10.GL_TRIANGLES` 之外的常量即可渲染这些图元。以下是 OpenGL ES 提供的所有图元类型： | 图元类型 | 描述 | | ---- | ---- | | 点（Point） | 每个顶点就是一个独立的图元 | | 线（Line） | 由两个顶点组成，2 * n 个顶点可定义 n 条线 | | 线带（Line strip） | 所有顶点被解释为属于一条长线 | | 线环（Line loop） | 类似于线带，但 OpenGL ES 会自动从最后一个顶点到第一个顶点绘制一条额外的线 | | 三角形（Triangle） | 由三个顶点组成 | | 三角形带（Triangle strip） | 只需指定三角形数量 + 1 个顶点，OpenGL ES 会依次构建三角形 | | 三角形扇（Triangle fan） | 有一个共享的基础顶点，以此构建多个三角形 | 三角形带和三角形扇的灵活性稍逊于单纯的三角形列表，但它们能提升一些性能，因为需要与投影和模型视图矩阵相乘的顶点更少。不过，在代码中我们通常还是使用三角形列表，因为它更易于使用，并且通过使用索引也能达到相近的性能。 在 OpenGL ES 中，点和线的渲染有点特殊。当使用像素完美的正交投影时，例如屏幕分辨率为 320 * 480 像素，并且 `glOrthof()` 调用使用这些确切的值，在某些情况下仍无法实现像素完美的渲染。由于所谓的菱形退出规则，点和线顶点的位置需要偏移 0.375f。在进行像素完美的点和线渲染时，需要牢记这一点。 #### 3. 2D 变换与模型视图矩阵 到目前为止，我们只是以三角形列表的形式定义了静态几何图形，没有涉及移动、旋转或缩放操作。而且，即使顶点数据本身保持不变，若要在不同位置绘制相同的矩形，仍需复制顶点。而模型视图矩阵可以解决这个问题。 ##### 3.1 世界空间与模型空间 为了理解模型视图矩阵的工作原理，我们需要跳出正交视图平截头体的概念。视图平截头体处于一个特殊的坐标系，即世界空间，所有顶点最终都会落在这个空间中。此前，我们一直使用相对于世界空间原点的绝对坐标来指定顶点位置。现在，我们希望顶点位置的定义独立于世界空间坐标系，这可以通过为每个模型（如 Bob 的矩形、宇宙飞船等）赋予自己的坐标系来实现，这个坐标系就是模型空间。 以下是一个简单的模型定义示例： ```java Vertices vertices = new Vertices(glGraphics, 4, 12, false, false); vertices.setVertices(new float[] { -50, -50, 50, -50, 50, 50, -50, 50 }, 0, 8); vertices.setIndices(new short[] {0, 1, 2, 2, 3, 0}, 0, 6); ``` 当不做任何修改直接渲染这个模型时，它会在最终图像的世界空间原点附近显示。若要将其渲染到不同位置，例如中心位于世界空间的 (200, 300)，可以重新定义顶点位置： ```java vertices.setVertices(new float[] { -50 + 200, -50 + 300, 50 + 200, -50 + 300, 50 + 200, 50 + 300, -50 + 200, 50 + 300 }, 0, 8); ``` 但这种方法比较繁琐。 ##### 3.2 矩阵与模型视图矩阵 矩阵可以编码平移、旋转和缩放等变换。投影矩阵用于将顶点投影到投影平面，而模型视图矩阵则可以更优雅地解决顶点位置移动的问题。以下是如何使用模型视图矩阵将模型原点移动到特定位置的示例： ```java gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW); gl.glLoadIdentity(); gl.glTranslatef(200, 300, 0); vertices.draw(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 6); ``` 操作步骤如下： 1. 告诉 OpenGL ES 要操作的矩阵，这里是模型视图矩阵（`GL10.GL_MODELVIEW`）。 2. 将模型视图矩阵设置为单位矩阵，清空之前的内容。 3. 使用 `glTranslatef()` 方法指定在 x、y、z 轴上的平移量。由于是 2D 编程，忽略 z 轴，将其平移分量设为 0。 4. 调用 `vertices.draw()` 方法渲染模型。 从这一步开始，OpenGL ES 的模型视图矩阵就编码了一个 (200, 300, 0) 的平移变换，该变换会应用到通过 OpenGL ES 管线的所有顶点上。 ##### 3.3 平移示例 假设我们要在世界中不同位置渲染 100 个 Bob 图形，并且让它们在屏幕上移动，每次碰到屏幕边缘就改变方向。一种方法是使用一个大的 `Vertices` 实例来存储 100 个矩形的顶点，并在每一帧重新计算顶点位置。更简单的方法是使用一个小的 `Vertices` 实例只存储一个矩形（Bob 的模型），并通过模型视图矩阵实时平移来重复使用它。 以下是 Bob 模型的定义： ```java Vertices bobModel = new Vertices(glGraphics, 4, 12, false, true); bobModel.setVertices(new float[] { -16, -16, 0, 1, 16, -16, 1, 1, 16, 16, 1, 0, -16, 16, 0, 0, }, 0, 8); bobModel.setIndices(new short[] {0, 1, 2, 2, 3, 0}, 0, 6); ``` 每个 Bob 的大小为 32 * 32 单位，并且进行了纹理映射。 接下来定义一个 `Bob` 类来管理 Bob 的位置和移动： ```java package com.badlogic.androidgames.glbasics; import java.util.Random; class Bob { static final Random rand = new R ```