Android OpenGL ES 入门系列（五） --- 应用投影和相机视角

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本文出自Hansion的博客

本章介绍如何创建投影和相机视图，并应用于GLSurfaceView中绘制的形状上。

在OpenGL ES环境中，利用投影和相机视角可以让绘制对象的显示更接近人眼看到的样子，这是一种视角模拟，它是通过对绘制对象坐标进行数学变换实现的。

投影（Projection）：基于GLSurfaceView 的宽和高来调整绘制对象的坐标。如果没有该计算，绘制对象和GLSurfaceView的宽高比例不同，就会发生变形。投影转换通常只在OpenGL View的比例刚被建立或改变onSurfaceChanged()中计算

相机视角（Camera View）：基于虚拟相机的位置调整绘制对象的坐标。而实际上OpenGL ES并没有定义相机对象，它是提供了一些方法通过转换绘制对象的显示来模拟相机视角。

定义一个投影

投影变换的数据是在 GLSurfaceView.Renderer 类的 onSurfaceChanged() 方法中计算出来的。

以下代码首先获取到GLSurfaceView的宽高，并使用Matrix.frustumM()方法填充一个投影变换矩阵

public class MyGLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {

    ...

    // mMVPMatrix is an abbreviation for "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 gl10, int width, int height) {
        //glViewport用于告诉OpenGL应把渲染之后的图形绘制在窗体的哪个部位、大小
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
        //计算宽高比
        float ratio = (float) width / height;
        //填充投影矩阵 mProjectionMatrix
        Matrix.frustumM(mProjectionMatrix, 0, -ratio, ratio, -1, 1, 3, 7);
    }
    ...
}

    对绘制对象仅使用投影变换，往往会导致看不到显示的东西，所以还需进行相机视角转换使绘制对象显示在屏幕上。

定义一个相机视角

下面的代码在 onDrawFrame()方法中使用 Matrix.setLookAtM() 方法计算相机视角变换，再与之前计算的投影矩阵结合起来，然后将组合后的变换矩阵传递给绘制对象：

    @Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl10) {
        // glClear表示清除缓冲  传入GL_COLOR_BUFFER_BIT指要清除颜色缓冲
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        // 设置相机视角
        Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, 0, 0, 0, -3, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f);
        // 计算投影和视图变换
        Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mViewMatrix, 0);
        // 绘制形状
        mTriangle.draw(mMVPMatrix);
    }

应用投影和相机视角转换

我们在Triangle中之前定义的顶点着色器vertexShaderCode中增加一个变量uMVPMatrix

然后修改draw方法，使其能接收组合后的变换矩阵，并应用于绘制对象上：

public class Triangle {

    //顶点着色器
    private final String vertexShaderCode =
            "uniform mat4 uMVPMatrix;" +
                    "attribute vec4 vPosition;" +
                    "void main() {" +
                    "  gl_Position = uMVPMatrix * vPosition;" +
                    "}";
    // 用于访问和设置视图转换

    private int mMVPMatrixHandle;
   
    ...

    public void draw(float[] mvpMatrix) {

        ...

        // 获取片元着色器的vColor成员
        mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");
        // 得到绘制对象的变换矩阵句柄
        mMVPMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix");
        // 将投影和视图转换传递给着色器
        GLES20.glUniformMatrix4fv(mMVPMatrixHandle, 1, false, mvpMatrix, 0);
        // 设置绘制颜色
        GLES20.glUniform4fv(mColorHandle, 1, color, 0);
        // 绘制形状
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);
        // 禁用顶点属性数组
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(mPositionHandle);
    }
}

运行结果

此时就是按着正确的比例显示图形了。

参考：

OpenGL ES 2.0官方实例教程