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opengles繪制可旋轉的球體

編輯:關於Android編程

球體繪制類

 

package test.com.opengles6_1;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;
import java.util.ArrayList;
import android.annotation.SuppressLint;
import android.annotation.TargetApi;
import android.opengl.GLES20;
import android.os.Build;


/**
 *
 */

@SuppressLint("NewApi")
public class Ball {
	int mProgram;// 自定義渲染管線著色器程序id
	int muMVPMatrixHandle;// 總變換矩陣引用
	int maPositionHandle; // 頂點位置屬性引用
	int muRHandle;// 球的半徑屬性引用
	String mVertexShader;// 頂點著色器
	String mFragmentShader;// 片元著色器

	FloatBuffer mVertexBuffer;// 頂點坐標數據緩沖
	int vCount = 0;
	float yAngle = 0;// 繞y軸旋轉的角度
	float xAngle = 0;// 繞x軸旋轉的角度
	float zAngle = 0;// 繞z軸旋轉的角度
	float r = 0.8f;
	public Ball(MySurfaceView mv) {
		// 初始化頂點坐標與著色數據
		initVertexData();
		// 初始化shader
		initShader(mv);
	}

	// 初始化頂點坐標數據的方法
	public void initVertexData() {
		// 頂點坐標數據的初始化================begin============================
		/**
		 * 原理見   http://www.tuicool.com/articles/Qjm6bmy
			
			http://blog.csdn.net/majing19921103/article/details/45017547
		 */
		ArrayList alVertix = new ArrayList();// 存放頂點坐標的ArrayList
		final int angleSpan = 2;// 將球進行單位切分的角度
		for (int vAngle = -90; vAngle < 90; vAngle = vAngle + angleSpan)// 垂直方向angleSpan度一份
		{
			for (int hAngle = 0; hAngle <= 360; hAngle = hAngle + angleSpan)// 水平方向angleSpan度一份
			{// 縱向橫向各到一個角度後計算對應的此點在球面上的坐標
				float x0 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle)) * Math.cos(Math
						.toRadians(hAngle)));
				float y0 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle)) * Math.sin(Math
						.toRadians(hAngle)));
				float z0 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE * Math.sin(Math
						.toRadians(vAngle)));

				float x1 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle)) * Math.cos(Math
						.toRadians(hAngle + angleSpan)));
				float y1 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle)) * Math.sin(Math
						.toRadians(hAngle + angleSpan)));
				float z1 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE * Math.sin(Math
						.toRadians(vAngle)));

				float x2 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle + angleSpan)) * Math
						.cos(Math.toRadians(hAngle + angleSpan)));
				float y2 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle + angleSpan)) * Math
						.sin(Math.toRadians(hAngle + angleSpan)));
				float z2 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE * Math.sin(Math
						.toRadians(vAngle + angleSpan)));

				float x3 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle + angleSpan)) * Math
						.cos(Math.toRadians(hAngle)));
				float y3 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE
						* Math.cos(Math.toRadians(vAngle + angleSpan)) * Math
						.sin(Math.toRadians(hAngle)));
				float z3 = (float) (r * Constant.UNIT_SIZE * Math.sin(Math
						.toRadians(vAngle + angleSpan)));

				// 將計算出來的XYZ坐標加入存放頂點坐標的ArrayList
				//兩個三角形構成一個四邊形 ,也就是兩條經線和兩條緯線相交構成的四邊形
				alVertix.add(x1);
				alVertix.add(y1);
				alVertix.add(z1);

				alVertix.add(x3);
				alVertix.add(y3);
				alVertix.add(z3);

				alVertix.add(x0);
				alVertix.add(y0);
				alVertix.add(z0);

				alVertix.add(x1);
				alVertix.add(y1);
				alVertix.add(z1);

				alVertix.add(x2);
				alVertix.add(y2);
				alVertix.add(z2);

				alVertix.add(x3);
				alVertix.add(y3);
				alVertix.add(z3);
			}
		}
		vCount = alVertix.size() / 3;// 頂點的數量為坐標值數量的1/3,因為一個頂點有3個坐標

		// 將alVertix中的坐標值轉存到一個float數組中
		float vertices[] = new float[vCount * 3];
		for (int i = 0; i < alVertix.size(); i++) {
			vertices[i] = alVertix.get(i);
		}

		// 創建頂點坐標數據緩沖
		// vertices.length*4是因為一個整數四個字節
		ByteBuffer vbb = ByteBuffer.allocateDirect(vertices.length * 4);
		vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());// 設置字節順序
		mVertexBuffer = vbb.asFloatBuffer();// 轉換為int型緩沖
		mVertexBuffer.put(vertices);// 向緩沖區中放入頂點坐標數據
		mVertexBuffer.position(0);// 設置緩沖區起始位置
		// 特別提示:由於不同平台字節順序不同數據單元不是字節的一定要經過ByteBuffer
		// 轉換,關鍵是要通過ByteOrder設置nativeOrder(),否則有可能會出問題
	}

	// 初始化shader
	public void initShader(MySurfaceView mv) {
		// 加載頂點著色器的腳本內容
		mVertexShader = ShaderUtil.loadFromAssetsFile("vertex.sh",
				mv.getResources());
		// 加載片元著色器的腳本內容
		mFragmentShader = ShaderUtil.loadFromAssetsFile("frag.sh",
				mv.getResources());
		// 基於頂點著色器與片元著色器創建程序
		mProgram = ShaderUtil.createProgram(mVertexShader, mFragmentShader);
		// 獲取程序中頂點位置屬性引用
		maPositionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition");
		// 獲取程序中總變換矩陣引用
		muMVPMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix");
		// 獲取程序中球半徑引用
		muRHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uR");
	}

	@TargetApi(Build.VERSION_CODES.FROYO)
	@SuppressLint("NewApi")
	public void drawSelf() {

		MatrixState.rotate(xAngle, 1, 0, 0);//繞X軸轉動
		MatrixState.rotate(yAngle, 0, 1, 0);//繞Y軸轉動
		MatrixState.rotate(zAngle, 0, 0, 1);//繞Z軸轉動
		// 制定使用某套shader程序
		GLES20.glUseProgram(mProgram);
		// 將最終變換矩陣傳入shader程序
		GLES20.glUniformMatrix4fv(muMVPMatrixHandle, 1, false,
				MatrixState.getFinalMatrix(), 0);
		// 將半徑尺寸傳入shader程序
		GLES20.glUniform1f(muRHandle, r * Constant.UNIT_SIZE);
		// 為畫筆指定頂點位置數據
		GLES20.glVertexAttribPointer(maPositionHandle, 3, GLES20.GL_FLOAT,
				false, 3 * 4, mVertexBuffer);
		// 允許頂點位置數據數組
		GLES20.glEnableVertexAttribArray(maPositionHandle);
		// 繪制球
		GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vCount);
	}
}
矩陣變換類

 

 

package test.com.opengles6_1;
import java.nio.ByteBuffer;
import android.opengl.Matrix;

//存儲系統矩陣狀態的類
public class MatrixState
{
	private static float[] mProjMatrix = new float[16];//4x4矩陣 投影用
	private static float[] mVMatrix = new float[16];//攝像機位置朝向9參數矩陣
	private static float[] currMatrix;//當前變換矩陣

	//保護變換矩陣的棧
	static float[][] mStack=new float[10][16];
	static int stackTop=-1;

	public static void setInitStack()//獲取不變換初始矩陣
	{
		currMatrix=new float[16];
		Matrix.setRotateM(currMatrix, 0, 0, 1, 0, 0);
	}

	public static void pushMatrix()//保護變換矩陣
	{
		stackTop++;
		for(int i=0;i<16;i++)
		{
			mStack[stackTop][i]=currMatrix[i];
		}
	}

	public static void popMatrix()//恢復變換矩陣
	{
		for(int i=0;i<16;i++)
		{
			currMatrix[i]=mStack[stackTop][i];
		}
		stackTop--;
	}

	public static void translate(float x,float y,float z)//設置沿xyz軸移動
	{
		Matrix.translateM(currMatrix, 0, x, y, z);
	}

	public static void rotate(float angle,float x,float y,float z)//設置繞xyz軸移動
	{
		Matrix.rotateM(currMatrix,0,angle,x,y,z);
	}


	//設置攝像機
	static ByteBuffer llbb= ByteBuffer.allocateDirect(3*4);
	static float[] cameraLocation=new float[3];//攝像機位置
	public static void setCamera
			(
					float cx,	//攝像機位置x
					float cy,   //攝像機位置y
					float cz,   //攝像機位置z
					float tx,   //攝像機目標點x
					float ty,   //攝像機目標點y
					float tz,   //攝像機目標點z
					float upx,  //攝像機UP向量X分量
					float upy,  //攝像機UP向量Y分量
					float upz   //攝像機UP向量Z分量
			)
	{
		Matrix.setLookAtM
				(
						mVMatrix,
						0,
						cx,
						cy,
						cz,
						tx,
						ty,
						tz,
						upx,
						upy,
						upz
				);
	}

	//設置透視投影參數
	public static void setProjectFrustum
	(
			float left,		//near面的left
			float right,    //near面的right
			float bottom,   //near面的bottom
			float top,      //near面的top
			float near,		//near面距離
			float far       //far面距離
	)
	{
		Matrix.frustumM(mProjMatrix, 0, left, right, bottom, top, near, far);
	}

	//設置正交投影參數
	public static void setProjectOrtho
	(
			float left,		//near面的left
			float right,    //near面的right
			float bottom,   //near面的bottom
			float top,      //near面的top
			float near,		//near面距離
			float far       //far面距離
	)
	{
		Matrix.orthoM(mProjMatrix, 0, left, right, bottom, top, near, far);
	}

	//獲取具體物體的總變換矩陣
	static float[] mMVPMatrix=new float[16];
	public static float[] getFinalMatrix()
	{
		Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mVMatrix, 0, currMatrix, 0);
		Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjMatrix, 0, mMVPMatrix, 0);
		return mMVPMatrix;
	}

	//獲取具體物體的變換矩陣
	public static float[] getMMatrix()
	{
		return currMatrix;
	}
}
//surfaceview

 

 

package test.com.opengles6_1;

import android.content.Context;
import android.opengl.GLES20;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.view.MotionEvent;

import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;
import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;

class MySurfaceView extends GLSurfaceView
{
    private final float TOUCH_SCALE_FACTOR = 180.0f/320;//角度縮放比例
    private SceneRenderer mRenderer;//場景渲染器
    Ball ball;//球

    private float mPreviousY;//上次的觸控位置Y坐標
    private float mPreviousX;//上次的觸控位置X坐標
    public MySurfaceView(Context context) {
        super(context);
        this.setEGLContextClientVersion(2); //設置使用OPENGL ES2.0
        mRenderer = new SceneRenderer();	//創建場景渲染器
        setRenderer(mRenderer);				//設置渲染器
        setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY);//設置渲染模式為主動渲染
    }
    //觸摸事件回調方法
    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent e) {
        float y = e.getY();
        float x = e.getX();
        switch (e.getAction()) {
            case MotionEvent.ACTION_MOVE:
                float dy = y - mPreviousY;//計算觸控筆Y位移
                float dx = x - mPreviousX;//計算觸控筆X位移
                ball.yAngle += dx * TOUCH_SCALE_FACTOR;//設置填充橢圓繞y軸旋轉的角度
                ball.xAngle+= dy * TOUCH_SCALE_FACTOR;//設置填充橢圓繞x軸旋轉的角度
        }
        mPreviousY = y;//記錄觸控筆位置
        mPreviousX = x;//記錄觸控筆位置
        return true;
    }
    private class SceneRenderer implements GLSurfaceView.Renderer
    {

        public void onDrawFrame(GL10 gl)
        {
            //清除深度緩沖與顏色緩沖
            GLES20.glClear(GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
            //保護現場
            MatrixState.pushMatrix();
            //繪制球
            MatrixState.pushMatrix();
            ball.drawSelf();
            MatrixState.popMatrix();
            //恢復現場
            MatrixState.popMatrix();
        }

        public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
            //設置視窗大小及位置
            GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
            //計算GLSurfaceView的寬高比
            Constant.ratio = (float) width / height;
            // 調用此方法計算產生透視投影矩陣
            MatrixState.setProjectFrustum(-Constant.ratio, Constant.ratio, -1, 1, 20, 100);
            // 調用此方法產生攝像機9參數位置矩陣
            MatrixState.setCamera(0, 0, 30, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f);

            //初始化變換矩陣
            MatrixState.setInitStack();
        }

        public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
            //設置屏幕背景色RGBA
            GLES20.glClearColor(0f,0f,0f, 1.0f);
            //創建球對象
            ball=new Ball(MySurfaceView.this);
            //打開深度檢測
            GLES20.glEnable(GLES20.GL_DEPTH_TEST);
            //打開背面剪裁
            GLES20.glEnable(GLES20.GL_CULL_FACE);
        }
    }
}
//著色語言加載類

 

 

package test.com.opengles6_1;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;

import android.content.res.Resources;
import android.opengl.GLES20;
import android.util.Log;

//加載頂點Shader與片元Shader的工具類
public class ShaderUtil 
{
    //加載制定shader的方法
    public static int loadShader
    (
            int shaderType, //shader的類型  GLES20.GL_VERTEX_SHADER   GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER
            String source   //shader的腳本字符串
    )
    {
        //創建一個新shader
        int shader = GLES20.glCreateShader(shaderType);
        //若創建成功則加載shader
        if (shader != 0)
        {
            //加載shader的源代碼
            GLES20.glShaderSource(shader, source);
            //編譯shader
            GLES20.glCompileShader(shader);
            //存放編譯成功shader數量的數組
            int[] compiled = new int[1];
            //獲取Shader的編譯情況
            GLES20.glGetShaderiv(shader, GLES20.GL_COMPILE_STATUS, compiled, 0);
            if (compiled[0] == 0)
            {//若編譯失敗則顯示錯誤日志並刪除此shader
                Log.e("ES20_ERROR", "Could not compile shader " + shaderType + ":");
                Log.e("ES20_ERROR", GLES20.glGetShaderInfoLog(shader));
                GLES20.glDeleteShader(shader);
                shader = 0;
            }
        }
        return shader;
    }

    //創建shader程序的方法
    public static int createProgram(String vertexSource, String fragmentSource)
    {
        //加載頂點著色器
        int vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexSource);
        if (vertexShader == 0)
        {
            return 0;
        }

        //加載片元著色器
        int pixelShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentSource);
        if (pixelShader == 0)
        {
            return 0;
        }

        //創建程序
        int program = GLES20.glCreateProgram();
        //若程序創建成功則向程序中加入頂點著色器與片元著色器
        if (program != 0)
        {
            //向程序中加入頂點著色器
            GLES20.glAttachShader(program, vertexShader);
            checkGlError("glAttachShader");
            //向程序中加入片元著色器
            GLES20.glAttachShader(program, pixelShader);
            checkGlError("glAttachShader");
            //鏈接程序
            GLES20.glLinkProgram(program);
            //存放鏈接成功program數量的數組
            int[] linkStatus = new int[1];
            //獲取program的鏈接情況
            GLES20.glGetProgramiv(program, GLES20.GL_LINK_STATUS, linkStatus, 0);
            //若鏈接失敗則報錯並刪除程序
            if (linkStatus[0] != GLES20.GL_TRUE)
            {
                Log.e("ES20_ERROR", "Could not link program: ");
                Log.e("ES20_ERROR", GLES20.glGetProgramInfoLog(program));
                GLES20.glDeleteProgram(program);
                program = 0;
            }
        }
        return program;
    }

    //檢查每一步操作是否有錯誤的方法
    public static void checkGlError(String op)
    {
        int error;
        while ((error = GLES20.glGetError()) != GLES20.GL_NO_ERROR)
        {
            Log.e("ES20_ERROR", op + ": glError " + error);
            throw new RuntimeException(op + ": glError " + error);
        }
    }

    //從sh腳本中加載shader內容的方法
    public static String loadFromAssetsFile(String fname,Resources r)
    {
        String result=null;
        try
        {
            InputStream in=r.getAssets().open(fname);
            int ch=0;
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            while((ch=in.read())!=-1)
            {
                baos.write(ch);
            }
            byte[] buff=baos.toByteArray();
            baos.close();
            in.close();
            result=new String(buff,"UTF-8");
            result=result.replaceAll("\\r\\n","\n");
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }
}


效果圖

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