OpenGLES：绘制一个混色旋转的3D立方体

news2024/11/18 15:22:37

效果展示

混色旋转的3D立方体

一.概述

之前关于OpenGLES实战开发的博文，不论是实现相机滤镜还是绘制图形，都是在2D纬度

这篇博文开始，将会使用OpenGLES进入3D世界

本篇博文会实现一个颜色渐变、旋转的3D立方体

动态3D图形的绘制，需要具备一些基础的线性代数(向量、矩阵)和空间坐标系转换相关知识，这里就不再做理论科普，需要自己先行学习，具体可以参考OpenGL官网的如下三章，讲解得十分详细：

《变换》
《坐标系统》
《摄像机》

二.Render：变量定义

2.1 常规变量定义

//shader程序/渲染器
private int shaderProgram;

private int vPosition;
private int aColor;
private int mvpMatrix;

//suface宽高比
private float ratio;

2.2 定义顶点、颜色、索引数组和缓冲

本次立方体的绘制，先定义顶点、颜色和索引数组，然后通过直接绘制索引缓冲来绘制立方体

三个数组及缓冲定义如下：

    private FloatBuffer vertexBuffer;
    private FloatBuffer colorBuffer;
    private ShortBuffer indexBuffer;

    private float vertexData[] = {
            -1.0f, 1.0f, 1.0f,    //正面左上0
            -1.0f, -1.0f, 1.0f,   //正面左下1
            1.0f, -1.0f, 1.0f,    //正面右下2
            1.0f, 1.0f, 1.0f,     //正面右上3
            -1.0f, 1.0f, -1.0f,   //反面左上4
            -1.0f, -1.0f, -1.0f,  //反面左下5
            1.0f, -1.0f, -1.0f,   //反面右下6
            1.0f, 1.0f, -1.0f,    //反面右上7
    };

    //八个顶点的颜色，与顶点坐标一一对应
    private float colorData[] = {
            1.0f, 1.0f, 0.0f,  // v0 Yellow
            1.0f, 0.0f, 1.0f,  // v1 Magenta 粉红
            1.0f, 0.0f, 0.0f,  // v2 Red
            1.0f, 1.0f, 1.0f,  // v3 White
            0.0f, 0.0f, 1.0f,  // v4 Blue
            0.0f, 1.0f, 1.0f,  // v5 Cyan 蓝绿
            0.0f, 1.0f, 0.0f,  // v6 Green
            0.0f, 0.0f, 0.0f,   // v7 Black
    };

    private short indexData[] = {
            6, 7, 4, 6, 4, 5,    //后面
            6, 3, 7, 6, 2, 3,    //右面
            6, 5, 1, 6, 1, 2,    //下面
            0, 3, 2, 0, 2, 1,    //正面
            0, 1, 5, 0, 5, 4,    //左面
            0, 7, 3, 0, 4, 7,    //上面
    };

2.3 定义MVP矩阵

    //MVP矩阵
    private float[] mMVPMatrix = new float[16];

三.Render：着色器、内存分配等

3.1 着色器创建、链接、使用

3.2 着色器属性获取、赋值

3.3 三个缓冲内存分配

这几个部分的代码实现与上一篇2D圆绘制基本一致

可以参考上一篇博文：《OpenGLES：绘制一个颜色渐变的圆》

不再重复展示代码

四.Render：绘制

绘制流程与之前2D的基本一致，有两点不太一样要注意

4.1 MVP矩阵赋值

//填充MVP矩阵
mMVPMatrix = TransformUtils.getCubeMVPMatrix(ratio);
//设置MVP变换矩阵到着色器程序/渲染器
glUniformMatrix4fv(mvpMatrix, 1, false, mMVPMatrix, 0);

//计算MVP变换矩阵
public static float[] getCubeMVPMatrix(float ratio) {
	//初始化modelMatrix, viewMatrix, projectionMatrix
	float[] modelMatrix = getIdentityMatrix(16, 0); //模型变换矩阵
	float[] viewMatrix = getIdentityMatrix(16, 0); //观测变换矩阵/相机矩阵
	float[] projectionMatrix = getIdentityMatrix(16, 0); //投影变换矩阵

	//获取modelMatrix, viewMatrix, projectionMatrix
	mCubeRotateAgree = (mCubeRotateAgree + 1) % 360;
	Matrix.rotateM(modelMatrix, 0, mCubeRotateAgree, -1, -1, 1); //获取模型旋转变换矩阵
	Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0, 0, 5, 10, 0, 0, 0, 0, 1, 0); //获取观测变换矩阵，设置相机位置
	Matrix.frustumM(projectionMatrix, 0, -ratio, ratio, -1, 1, 3, 20); //获取透视投影变换矩阵，正交投影：Matrix.orthoM(...)

	//计算MVP变换矩阵: mvpMatrix = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix
	float[] tempMatrix = new float[16];
	float[] mvpMatrix = new float[16];
	Matrix.multiplyMM(tempMatrix, 0, viewMatrix, 0, modelMatrix, 0);
	Matrix.multiplyMM(mvpMatrix, 0, projectionMatrix, 0, tempMatrix, 0);

	return mvpMatrix;
}

4.2 绘制索引缓冲

//索引法绘制正方体
glDrawElements(GL_TRIANGLES, indexData.length, GL_UNSIGNED_SHORT, indexBuffer);

五.着色器代码

着色器代码与上一篇2D圆绘制其实也是相同的

再展示一遍以示关键点

如下：

(1).cube_vertex_shader.glsl

#version 300 es

layout (location = 0) in vec4 vPosition;
layout (location = 1) in vec4 aColor;

uniform mat4 mvpMatrix;

out vec4 vColor;

void main() {
    gl_Position = mvpMatrix * vPosition;
    vColor = aColor;
}

(2).cube_fragtment_shader.glsl

#version 300 es
#extension GL_OES_EGL_image_external_essl3 : require
precision mediump float;

in vec4 vColor;

out vec4 outColor;

void main(){
    outColor = vColor;
}