Android OpenGL二 —— 使用投影和相机变换
OpenGL 的投影和相机视图
书接上文，在Android OpenGL ES一 ——入门中，利用OpenGL绘制了一个三角形。但最终呈现出来的图形和我们预想的正三角形不一致，这是因为你定义的坐标点，并没有被正确的绘制到屏幕上，本文将解决这个问题。
投影视图？相机视图？跟投影仪和相机有关系？这都什么鬼！！！！！
为了不被看官大人喷，先引入一些OpenGL中的一些概念。
OpenGL中的视图
计算机图形的要点是创建三维图像的二维投影，在各种屏幕上的图像必定是二维的。区别在于，OpenGL在决定如何在屏幕上绘制时，采用的是三维坐标的方式考虑。为了将所绘制物体的三维坐标转换为屏幕上的二维坐标。通常需要做如下几步：
- 相机视图和投影变换（此外还有模型）：这些变换通过矩阵乘法的方式，实现移动、旋转、缩放等操作。
- 裁剪：三维物体投影到特定的屏幕，肯定有不需要看见的边缘部分，需要把他们裁减掉。
- 视口变换：该操作实现从三维坐标到二维坐标的映射。
这里主要解释相机视图和投影视图。
相机视图和投影视图
看到相机视图，你是不是觉得疑惑。绘图和相机有什么关系。没错，确实没有什么关系。相机只是OpenGL中对于更好解释视图概念的一种形象比喻。
我们使用相机拍照时，通常存在以下操作。
- 在固定的位置摆放相机，这就是相机视图的操作，也称作视图变换。
- 在场景中摆放物体的位置，这是模型变换（仅作了解，本文不会涉及）。
- 调整相机焦距，这是投影变换。
- 其他
上述操作一，相当于设置相机的位置，也可以理解为设置人眼的位置坐标，这决定你站在场景空间中的什么位置观察物体。术语中的解释是，设置视景体的坐标（设置人眼的观察坐标后，相对的，视景体的坐标也被确定）。
操作三，投影变换最终决定三维物体最终投影在屏幕上的形状，当然，这将涉及到立体到平面的坐标变换。投影变换分为透视投影好平面投影。这里这简单介绍透视投影。透视投影的特点是，物体越远，在图像中看上去越小（是不是和真是情况一致？）。
看到这里，你应该对相机视图、投影视图有了一定了解。接下来进入正文。
两个视图概念在Android中的体现
- Projection（投影视图变换） - 该变化根据显示他们的GLSurfaceView的高和宽来调整绘制对象的坐标。没有这些坐标的调整计算，OpenGL ES绘制的对象将被不对等的视图窗口所扭曲。典型的投影变换只需要在OpenGL视图比例创建或改变的渲染器的onSurfaceChanged()方法计算即可。
- Camera View （相机视图变换）- 这个变换根据虚拟相机的位置调整绘制对象的坐标。需要注意的是，OpenGL ES并不是定义一个真是的相机对象，而是通过转换绘制对象的显示来提供虚拟相机的公共方法。当你构建你GLSurfaceView时，相机视图的变化也许只会被计算一次，或者更具用户的活动动态变化。
定义投影
投影坐标变换数据是在GLSurfaceView.Renderer的onSurfaceChanged()方法中进行的。示例代码中获取GLSurfaceView的宽高，并且通过Matrix.frustumM()填充投影的变换矩阵。
// mMVPMatrix 的全称是 "Model View Projection Matrix"
private final float[] mMVPMatrix = new float[16];
private final float[] mProjectionMatrix = new float[16];
private final float[] mViewMatrix = new float[16];
@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 unused, int width, int height) {
GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
float ratio = (float) width / height;
// 定义了一个用于计算透视投影矩阵的**平截头体**，和投影矩阵相乘得到一个矩阵
// 这个投影矩阵被用于onDrawFrame()中绘制对象的坐标系
Matrix.frustumM(mProjectionMatrix, 0, -ratio, ratio, -1, 1, 3, 7);
}这段代码填充一个投影矩阵，你可以在onDrawFrame()中将 mProjectionMatrix 和相机视图变换联合到一起，这将在下面的内容中提及。
在绘制对象时只应用投影变换非常空洞，通常，为了在屏幕上展示任何对象，你也需要同时使用相机视图变换。
定义相机视图
将相机视图变换，作为绘制进程的一部分，加入你的渲染器（renderer）中，即可完成绘制对象的坐标转换操作。在如下代码中，使用Matrix.setLookAtM()计算相机视图变换，然后将之前计算好的投影矩阵与之关联。最后将关联起来的变换举证传递给图形绘制。
@Override
public void onDrawFrame(GL10 unused) {
...
/**
* 设置相机的位置（相当于观察点的坐标）
*void setLookAtM(matrix, offset,//视图矩阵和偏移量
* eysx, eyey, eyez,//定义目标观察点的位置
* centerx, centery, centerz,//指定视线上任意一点
* upx, upy, upz)//表示那个方向朝上
**/
Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, 0, 0, 0, -3, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f);
// 计算绘制物体最终在屏幕上的投影和视图变换
Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mViewMatrix, 0);
// 绘制图形
mTriangle.draw(mMVPMatrix);
}应用相机和投影变换
public class Triangle {
private final String vertexShaderCode =
// 这个矩阵的成员变量提供了一个Hook来操作使用顶点渲染器渲染的对象的坐标
"uniform mat4 uMVPMatrix;" +
"attribute vec4 vPosition;" +
"void main() {" +
// 矩阵必须包含gl_Position修饰符
// 注意，为了保证乘积的可靠性，uMVPMatrix元素必须是第一个
" gl_Position = uMVPMatrix * vPosition;" +
"}";
// 用于设置视图变换
private int mMVPMatrixHandle;
...
}接下来，修改图形对象的draw()方法，将变换矩阵应用于图形。
public void draw(float[] mvpMatrix) { // 传递已经计算好的变换矩阵
...
// 获取图形变换矩阵的句柄
mMVPMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix");
// 将投影和视图变换传递给渲染器
GLES20.glUniformMatrix4fv(mMVPMatrixHandle, 1, false, mvpMatrix, 0);
// 绘制三角形
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);
// 弃用顶点数组
GLES20.glDisableVertexAttribArray(mPositionHandle);
}只要你正确计算并应用了投影和相机视图变换，你的图形对象就能够呈现出正常的比例，比如这样。
初步接触OpenGL，欢迎评论交流。源码地址：https://github.com/MrHeLi/OpenGLDemo
参看资料：
OpenGL练习主页：https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/01%20OpenGL/
Android官网：https://developer.android.com/training/graphics/opengl/projection.html
OpenGL编程指南（第七版）。