Android开发 之 OpenGL ES系列（5--3D立体图形）

 OpenGL ES系列（5--3D立体图形）

转自：http://www.guidebee.info/wordpress/archives/1554

前面的例子尽管使用了OpenGL ES 3D图形库，但绘制的还是二维图形（平面上的正方形）。Mesh（网格，三角面）是构成空间形体的基本元素，前面的正方形也是有两个Mesh构成的。本篇将介绍使用Mesh构成四面体，椎体等基本空间形体。

Design设计

在使用OpenGL 框架时一个好的设计原则是使用“Composite Pattern”，本篇采用如下设计：

Mesh

首先定义一个基类 Mesh,所有空间形体最基本的构成元素为Mesh（三角形网格） ，其基本定义如下：

public class Mesh {

// Our vertex buffer.

private FloatBuffer verticesBuffer = null;

// Our index buffer.

private ShortBuffer indicesBuffer = null;

// The number of indices.

private int numOfIndices = -1;

// Flat Color

private float[] rgba

= new float[] { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };

// Smooth Colors

private FloatBuffer colorBuffer = null;

// Translate params.

public float x = 0;

public float y = 0;

public float z = 0;

// Rotate params.

public float rx = 0;

public float ry = 0;

public float rz = 0;

public void draw(GL10 gl) {

// Counter-clockwise winding.

gl.glFrontFace(GL10.GL_CCW);

// Enable face culling.

gl.glEnable(GL10.GL_CULL_FACE);

// What faces to remove with the face culling.

gl.glCullFace(GL10.GL_BACK);

// Enabled the vertices buffer for writing and

//to be used during

// rendering.

gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

// Specifies the location and data format

//of an array of vertex

// coordinates to use when rendering.

gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, verticesBuffer);

// Set flat color

gl.glColor4f(rgba[0], rgba[1], rgba[2], rgba[3]);

// Smooth color

if (colorBuffer != null) {

// Enable the color array buffer to be

//used during rendering.

gl.glEnableClientState(GL10.GL_COLOR_ARRAY);

gl.glColorPointer(4, GL10.GL_FLOAT, 0, colorBuffer);

}

gl.glTranslatef(x, y, z);

gl.glRotatef(rx, 1, 0, 0);

gl.glRotatef(ry, 0, 1, 0);

gl.glRotatef(rz, 0, 0, 1);

// Point out the where the color buffer is.

gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLES, numOfIndices,

GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, indicesBuffer);

// Disable the vertices buffer.

gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

// Disable face culling.

gl.glDisable(GL10.GL_CULL_FACE);

}

protected void setVertices(float[] vertices) {

// a float is 4 bytes, therefore

//we multiply the number if

// vertices with 4.

ByteBuffer vbb

= ByteBuffer.allocateDirect(vertices.length * 4);

vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());

verticesBuffer = vbb.asFloatBuffer();

verticesBuffer.put(vertices);

verticesBuffer.position(0);

}

protected void setIndices(short[] indices) {

// short is 2 bytes, therefore we multiply

//the number if

// vertices with 2.

ByteBuffer ibb

= ByteBuffer.allocateDirect(indices.length * 2);

ibb.order(ByteOrder.nativeOrder());

indicesBuffer = ibb.asShortBuffer();

indicesBuffer.put(indices);

indicesBuffer.position(0);

numOfIndices = indices.length;

}

protected void setColor(float red, float green,

float blue, float alpha) {

// Setting the flat color.

rgba[0] = red;

rgba[1] = green;

rgba[2] = blue;

rgba[3] = alpha;

}

protected void setColors(float[] colors) {

// float has 4 bytes.

ByteBuffer cbb

= ByteBuffer.allocateDirect(colors.length * 4);

cbb.order(ByteOrder.nativeOrder());

colorBuffer = cbb.asFloatBuffer();

colorBuffer.put(colors);

colorBuffer.position(0);

}

}

• setVertices 允许子类重新定义顶点坐标。
• setIndices 允许子类重新定义顶点的顺序。
• setColor /setColors允许子类重新定义颜色。
• x,y,z 定义了平移变换的参数。
• rx,ry,rz 定义旋转变换的参数。

Plane

有了Mesh定义之后，再来构造Plane，plane可以有宽度，高度和深度，宽度定义为沿X轴方向的长度，深度定义为沿Z轴方向长度，高度为Y轴方向。

Segments为形体宽度，高度，深度可以分成的份数。 Segments在构造一个非均匀分布的Surface特别有用，比如在一个游戏场景中，构造地貌，使的Z轴的值随机分布在-0.1到0.1之间，然后给它渲染好看的材质就可以造成地图凹凸不平的效果。

上面图形中Segments为一正方形，但在OpenGL中我们需要使用三角形，所有需要将Segments分成两个三角形。为Plane 定义两个构造函数：

// Let you decide the size of the plane but still only one segment.
public Plane(float width, float height)

// For alla your settings.
public Plane(float width, float height, int widthSegments, int heightSegments)

比如构造一个1 unit 宽和 1 unit高，并分成4个Segments，使用图形表示如下：

左边的图显示了segments ,右边的图为需要创建的Face（三角形）。

Plane类的定义如下：

public class Plane extends Mesh {

public Plane() {

this(1, 1, 1, 1);

}

public Plane(float width, float height) {

this(width, height, 1, 1);

}

public Plane(float width, float height, int widthSegments,

int heightSegments) {

float[] vertices

= new float[(widthSegments + 1)

* (heightSegments + 1) * 3];

short[] indices

= new short[(widthSegments + 1)

* (heightSegments + 1)* 6];

float xOffset = width / -2;

float yOffset = height / -2;

float xWidth = width / (widthSegments);

float yHeight = height / (heightSegments);

int currentVertex = 0;

int currentIndex = 0;

short w = (short) (widthSegments + 1);

for (int y = 0; y < heightSegments + 1; y++) {

for (int x = 0; x < widthSegments + 1; x++) {

vertices[currentVertex] = xOffset + x * xWidth;

vertices[currentVertex + 1] = yOffset + y * yHeight;

vertices[currentVertex + 2] = 0;

currentVertex += 3;

int n = y * (widthSegments + 1) + x;

if (y < heightSegments && x < widthSegments) {

// Face one

indices[currentIndex] = (short) n;

indices[currentIndex + 1] = (short) (n + 1);

indices[currentIndex + 2] = (short) (n + w);

// Face two

indices[currentIndex + 3] = (short) (n + 1);

indices[currentIndex + 4] = (short) (n + 1 + w);

indices[currentIndex + 5] = (short) (n + 1 + w - 1);

currentIndex += 6;

}

}

}

setIndices(indices);

setVertices(vertices);

}

}

Cube

下面来定义一个正方体（Cube），为简单起见，这个四面体只可以设置宽度，高度，和深度，没有和Plane一样提供Segments支持。

public class Cube extends Mesh {

public Cube(float width, float height, float depth) {

width  /= 2;

height /= 2;

depth  /= 2;

float vertices[] = { -width, -height, -depth, // 0

width, -height, -depth, // 1

width,  height, -depth, // 2

-width,  height, -depth, // 3

-width, -height,  depth, // 4

width, -height,  depth, // 5

width,  height,  depth, // 6

-width,  height,  depth, // 7

};

short indices[] = { 0, 4, 5,

0, 5, 1,

1, 5, 6,

1, 6, 2,

2, 6, 7,

2, 7, 3,

3, 7, 4,

3, 4, 0,

4, 7, 6,