Android显示系统（02）- OpenGL ES - 概述
Android显示系统（03）- OpenGL ES - GLSurfaceView的使用
Android显示系统（04）- OpenGL ES - Shader绘制三角形
Android显示系统（05）- OpenGL ES - Shader绘制三角形（使用glsl文件）
Android显示系统（06）- OpenGL ES - VBO和EBO和VAO
Android显示系统（07）- OpenGL ES - 纹理Texture
Android显示系统（08）- OpenGL ES - 图片拉伸

一、前言：

前面介绍了OpenGL当中通过纹理渲染图片的方法，但是，渲染出来的图片明显被拉伸，本文介绍下如何对抗这种拉伸。

二、防止被拉伸的方法：

1、什么是拉伸：

如上图所示，我本来要笑得很开心，就像左边图片一样，结果笑抽了，像右边一样了。这里面有个视口的概念，视口是指在屏幕上用于显示图形的矩形区域。

2、如何避免：

我们发现上图被拉伸是因为默认情况下视口大小就是屏幕大小，所以图片宽高比和屏幕宽高比不一样肯定就会被拉伸了。所以，我们将视口的宽高和照片保持一致是不是就可以正常显示了？这样的确可以解决问题，但是会存在一种情况，就是，如果照片很小，就像下图一样了：

是不是非常奇怪？因此，我们一般的做法就是：根据宽高比，选择宽顶到屏幕两头，或者长顶到屏幕两头！

具体调整方法：视口调整或者投影调整，下面详细分析：

三、视口调整：

注意，下图中视口的红线其实和照片一样大，为了让大家看清，留了一点空白。

最终结果就如上图所示。步骤如下：

• 计算视口的宽高比：

  以图片宽高比和窗口宽高比为基础来决定视口的大小。首先计算宽高比：

  float textureWidth = 300.0f;
  float textureHeight = 200.0f;
  float windowWidth = 640.0f;
  float windowHeight = 480.0f;
  
  float textureAspectRatio = (float) textureWidth / textureHeight;
  float windowAspectRatio = (float) windowWidth / windowHeight;
  

• 决定视口的大小:

  基于比较这两个宽高比，设置适合的视口：

  • 情况 1：窗口宽高比大于图片宽高比

    在这种情况下，窗口是较宽的，使用图片的高度为基准：

    if (windowAspectRatio > textureAspectRatio) {
        // 使用窗口高度作为基准
        float adjustedWidth = textureAspectRatio * windowHeight; // 调整后的宽度
        int viewportX = (windowWidth - adjustedWidth) / 2; // 左侧留白
        glViewport(viewportX, 0, adjustedWidth, windowHeight); // 设置视口
    } else {
        // 情况2
    }
    

  • 情况 2：窗口宽高比小于图片宽高比

    在这种情况下，窗口是较窄的，使用图片的宽度为基准：

    else {
        // 使用窗口宽度作为基准
        float adjustedHeight = (1.0f / textureAspectRatio) * windowWidth; // 调整后的高度
        int viewportY = (windowHeight - adjustedHeight) / 2; // 上侧留白
        glViewport(0, viewportY, windowWidth, adjustedHeight); // 设置视口
    }
    

在Android中我们有了图片的起始位置（左上角坐标）和宽高就可以调用下面函数完成视口调整：

glViewport(X, Y, vWidth, vHeight)

四、投影调整：

1、定义：

我们之前说了，在渲染管线的投影变换阶段有两种选择：正交变换和透视变换，其中透视变换一般用于显示3D效果，物体距离观察者越远，尺寸越小，造成深度感，一般适用于电影、游戏等场景；而正交变换一般用于显示2D图片，无论距离如何，物体的尺寸保持不变，因此我们选择正交变换；

• 透视投影：

  

• 正交投影：

  

2、正交投影特点：

• 无失真：物体的各个部分间的相对关系保持不变。
• 平行线：在投影过程中，平行线在投影后仍然平行。
• 均匀缩放：物体在距离视点的远近时大小不会变化。

3、投影平面：

通常选择Z=0平面作为投影平面（Z轴等于0，也就是说三维空间中变成二维的XY平面）。

4、正交投影的过程：

可以看出，先平移到坐标系的远点和物体模型的几何中心重合，再缩放成单位立方体，最后将3D模型投影到2D屏幕上。也就是平移和缩放两步。

之前章节介绍过，投影过程中需要三个矩阵，我们一般叫做MVP，MVP 是指 Model-View-Projection（模型-视图-投影）矩阵，是一种常用的矩阵变换组合，用于将三维场景中的对象坐标转换为最终在二维屏幕上呈现的坐标。

• Model Matrix（模型矩阵）：用于将对象从局部坐标系转换到世界坐标系（即将对象放置到世界空间中的合适位置）。
• View Matrix（视图矩阵）：描述了观察者的位置和方向，将世界坐标系中的对象转换到观察者的视角坐标系。视图矩阵实际上是观察者逆向移动的矩阵。
• Projection Matrix（投影矩阵）：用于将观察坐标系中的对象投影到屏幕坐标系，定义了视锥体的几何形状，包括透视投影和正交投影。

一般情况下M我们不设置，或者设置为单位矩阵即可。V和P是需要我们计算出来的。

5、视图矩阵（V）：

要构建相机的视图矩阵，以确定观察者的位置和方向。这个方法通常与 OpenGL ES 中的相机视图转换相关联。

主要通过 Matrix.setLookAtM() 方法完成：

• 方法签名：

  public static void setLookAtM(float[] rm, int rmOffset,
                                 float eyeX, float eyeY, float eyeZ,
                                 float centerX, float centerY, float centerZ,
                                 float upX, float upY, float upZ)
  

• 参数：

  • rm：目标矩阵，即要设置视图矩阵的目标数组。
  • rmOffset：目标矩阵的偏移量。
  • eyeX, eyeY, eyeZ：摄像机看向哪儿。
  • centerX, centerY, centerZ：摄像机观察的目标位置的坐标。
  • upX, upY, upZ：摄像机的朝向向量。

• 功能：setLookAtM() 方法的作用是根据摄像机的位置、观察目标的位置和朝向向量，设置视图矩阵。这个视图矩阵描述了一个摄像机从指定位置观看指定目标的视角。

• 使用示例：下面是一个简单的示例代码，演示如何使用 Matrix.setLookAtM() 方法设置视图矩阵：

  float[] viewMatrix = new float[16];
  Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0,
                    eyeX, eyeY, eyeZ,
                    centerX, centerY, centerZ,
                    upX, upY, upZ);
  

6、投影矩阵（P）：

正交投影矩阵用于定义如何将三维坐标转换为二维坐标。设定参数包括视口的左、右、下、上、近、远平面值。通用格式如下：

• L (Left): 左侧边界
• R (Right): 右侧边界
• B (Bottom): 下侧边界
• T (Top): 上侧边界
• N (Near): 近剪裁平面
• F (Far): 远剪裁平面

上面的矩阵如此负责，我们平时怎么记住，或者怎么构建呢？在Android中提供了如下方法，我们调用一下就会生成正交投影矩阵：

Matrix.othroM(mvpM, offset, l, r, b, t, n, f)

• mvpM：目标数组，用于存储生成的正交投影矩阵。
• offset：目标数组中的偏移量，指定从哪个位置开始存储矩阵数据，一般设置为0。
• l, r, b, t：定义了正交投影矩阵的左、右、底和顶面边界。
• n：近裁剪面（near clipping plane）的距离，即视锥体近端的距离。
• f：远裁剪面（far clipping plane）的距离，即视锥体远端的距离。

由于图片是二维的，所以n和f不会改变，我们将它们设置为-1和1即可。

对于宽高来说，则需要根据实际情况来设定。如果上下留白，则左右设置为-1, 1;如果左右留白，则上下设置为-1,1。

所以，我们又像视口变换一样，来到一张二维图片了，根据，宽高比分类讨论。

矩阵宽高计算算法：

• 当图片宽高比大于窗口宽高比：
  • 这意味着图片更“宽”相对于窗口。例如，窗口是竖直的，而图片是横向的。
  • 计算模型的高度（tb）时，用图片的宽高比除以窗口的宽高比：tb = (WI/HI) / (WW/HW)。
  • 设置正交投影矩阵的上边界 (t) 和下边界 (b) 为 -tb 和 tb。这确保了在Y轴方向上，图片能够适当缩放以不失真。
• 当图片宽高比小于或等于窗口宽高比：
  • 这意味着图片更“高”相对于窗口。例如，窗口是横向的，而图片是竖直的。
  • 计算模型的宽度（lr）：lr = (WW/HW) / (WI/HI) ;
  • 设置正交投影矩阵的左边界 (l) 和右边界 (r) 为 -lr 和 lr。这确保了在X轴方向上，图片能够适当缩放以不失真。

这样我们就得到了正确的正交变换矩阵，之后用这个正交变换矩阵就可以将图片正确的渲染到屏幕上。

7、MVP生成：

Matrix.multiplyMM() 是 Android 提供的用于矩阵相乘的方法，用于将两个 4x4 的浮点数矩阵相乘，并将结果存储在一个目标矩阵中。这个方法通常用于进行矩阵变换，比如将模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵相乘，以生成 MVP（Model-View-Projection）矩阵。

以下是关于 Matrix.multiplyMM() 方法的一些重要信息：

• 方法签名：

  public static void multiplyMM(float[] result, int resultOffset,
                                 float[] lhs, int lhsOffset, float[] rhs, int rhsOffset)
  

• 参数：

  • result：存储结果的目标矩阵数组。
  • resultOffset：目标矩阵的偏移量。
  • lhs：左矩阵数组（第一个矩阵）。
  • lhsOffset：左矩阵的偏移量。
  • rhs：右矩阵数组（第二个矩阵）。
  • rhsOffset：右矩阵的偏移量。

• 功能：

  multiplyMM() 方法将两个 4x4 的浮点数矩阵相乘，即左矩阵和右矩阵相乘，结果存储在目标矩阵中。这种矩阵相乘通常用于进行复合变换，例如将模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵相乘。

• 使用示例：下面是一个简单的示例代码，演示如何使用 Matrix.multiplyMM() 方法进行矩阵相乘：

  float[] resultMatrix = new float[16];
  Matrix.multiplyMM(resultMatrix, 0, modelMatrix, 0, viewMatrix, 0);
  Matrix.multiplyMM(resultMatrix, 0, resultMatrix, 0, projectionMatrix, 0);
  

8、编码示例：

 private void calculateProjection(int windowWidth, int windowHeight) {
        float imageWidth = textureBitmap.getWidth();
        float imageHeight = textureBitmap.getHeight();

        float imageAspectRatio = imageWidth / imageHeight;
        float windowAspectRatio = (float) windowWidth / (float) windowHeight;

        // 正交投影参数
        float left, right, bottom, top;

        if (imageAspectRatio > windowAspectRatio) {
            // 图片相对窗口更宽
            float tb = (imageWidth / imageHeight) / (windowWidth / (float) windowHeight);
            top = tb;
            bottom = -tb;
            left = -1; // 可根据实际需求调整
            right = 1;  // 可根据实际需求调整
        } else {
            // 图片相对窗口更高或相等
            float lr = (windowWidth / (float) windowHeight) / (imageWidth / imageHeight);
            left = -lr;
            right = lr;
            top = 1; // 可根据实际需求调整
            bottom = -1; // 可根据实际需求调整
        }

        // 更新正交投影矩阵
        float[] projectionMatrix = new float[16];
        Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, left, right, bottom, top);
        square.setProjectionMatrix(projectionMatrix); // 这个square是你自定义的类来处理绘制
    }

关键点总结:

• 计算正交投影矩阵：
  • 在calculateProjection方法中，根据图片和窗口的宽高比计算并更新投影矩阵。
• 根据条件设置矩阵的边界：
  • 当图片宽高比大于窗口宽高比时，调整模型的高度。
  • 当图片宽高比小于或等于窗口宽高比时，调整模型的宽度。
• 设置和渲染图像：
  • 图片加载、绘制等逻辑将在Square类中进行。

五、编码实战：

我们需要对两种方式都进行编码验证。

1、视口变换：

• 定义变量：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

      private int mSurfaceWidth = 0; // 窗口宽
      private int mSurfaceHeight = 0; // 窗口高
      private int mViewportWidth = 0; // 视口宽
      private int mViewportHeight = 0; // 视口高
      private int mViewportX = 0; // 视口起始横坐标
      private int mViewportY = 0; // 视口起始纵坐标
  	private Bitmap mBitmap;
  

  注意，我顺便将图片操作挪到GLRenderTest当中了，之前是在com/example/glsurfaceviewdemo/TextureRender.java当中，通过构造函数传递给TextureRender即可。

• 图片加载函数挪位置：

      public TextureRender(Context context, Bitmap bitmap) {
          mContext = context;
          mBitmap = bitmap;
          initialize();
      }
  

  对应GLRenderTest也需要修改：

      public GLRenderTest(Context context) {
          this.mContext = context;
          mBitmap = loadImage();
      }
      // 加载图片
      private Bitmap loadImage() {
          BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
          options.inScaled = false;
          return BitmapFactory.decodeResource(mContext.getResources(), R.drawable.android_logo, options);
      }
      public void onDestroy() {
          // mTriangle.release();
          mBitmap.recycle(); // 回收bitmap
          mTextureRender.release();
      }
  

• 添加视口变换函数：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

      // 视口变换：通过调整视口大小，保证图片不被拉伸
      private void calculateViewport() {
          // 获取图片的宽高比
          float imageRatio = (float) mBitmap.getWidth() / mBitmap.getHeight();
          Log.e("Bitmap", "Bitmap111 width: " + mBitmap.getWidth() + ", height: " + mBitmap.getHeight());
          // 获取surface（窗口）的宽高比
          float surfaceRatio = (float) mSurfaceWidth / mSurfaceHeight;
  
          if (imageRatio > surfaceRatio) {
              // 图片宽高比大于窗口的宽高比，按照宽度填满
              mViewportWidth = mSurfaceWidth;
              mViewportHeight = (int) (mSurfaceWidth / imageRatio);
          } else {
              // 图片宽高比小于等于窗口的宽高比，按照高度填满
              mViewportWidth = (int) (mSurfaceHeight * imageRatio);
              mViewportHeight = mSurfaceHeight;
          }
  
          // 计算视口的中心位置
          mViewportX = (mSurfaceWidth - mViewportWidth) / 2;
          mViewportY = (mSurfaceHeight - mViewportHeight) / 2;
      }
  

• 调用视口变换：

      @Override
      public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
          mSurfaceWidth = width;
          mSurfaceHeight = height;
          calculateViewport(); // 计算视口参数
  
          GLES30.glViewport(mViewportX, mViewportY, mViewportWidth, mViewportHeight); // 设置视口
          // GLES30.glViewport(0, 0,  width, height); // 视口变换时候不能从屏幕左上角开始
      }
  

• 完整代码：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

  package com.example.glsurfaceviewdemo;
  
  import android.content.Context;
  import android.graphics.Bitmap;
  import android.graphics.BitmapFactory;
  import android.opengl.GLES30;
  import android.opengl.GLSurfaceView;
  import android.opengl.Matrix;
  import android.util.Log;
  
  import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
  import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;
  
  public class GLRenderTest implements GLSurfaceView.Renderer {
      private Triangle mTriangle;
      private TextureRender mTextureRender;
      private Context mContext;
      private int mSurfaceWidth = 0; // 窗口宽
      private int mSurfaceHeight = 0; // 窗口高
      private int mViewportWidth = 0; // 视口宽
      private int mViewportHeight = 0; // 视口高
      private int mViewportX = 0; // 视口起始横坐标
      private int mViewportY = 0; // 视口起始纵坐标
      private Bitmap mBitmap;
  
      public GLRenderTest(Context context) {
          this.mContext = context;
          mBitmap = loadImage();
      }
      @Override
      public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
          GLES30.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
          // mTriangle = new Triangle(mContext);
          mTextureRender = new TextureRender(mContext, mBitmap);
      }
  
      @Override
      public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
          mSurfaceWidth = width;
          mSurfaceHeight = height;
          calculateViewport(); // 计算视口参数
  
          GLES30.glViewport(mViewportX, mViewportY, mViewportWidth, mViewportHeight); // 设置视口
          // GLES30.glViewport(0, 0,  width, height); // 视口变换时候不能从屏幕左上角开始
      }
  
      @Override
      public void onDrawFrame(GL10 gl){
          GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
          // mTriangle.draw();
          mTextureRender.draw();
      }
  
      public void onDestroy() {
          // mTriangle.release();
          mBitmap.recycle(); // 回收bitmap
          mTextureRender.release();
      }
  
      // 加载图片
      private Bitmap loadImage() {
          BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
          options.inScaled = false;
          return BitmapFactory.decodeResource(mContext.getResources(), R.drawable.android_logo, options);
      }
  
      // 视口变换：通过调整视口大小，保证图片不被拉伸
      private void calculateViewport() {
          // 获取图片的宽高比
          float imageRatio = (float) mBitmap.getWidth() / mBitmap.getHeight();
          // 获取surface（窗口）的宽高比
          float surfaceRatio = (float) mSurfaceWidth / mSurfaceHeight;
  
          if (imageRatio > surfaceRatio) {
              // 图片宽高比大于窗口的宽高比，按照宽度填满
              mViewportWidth = mSurfaceWidth;
              mViewportHeight = (int) (mSurfaceWidth / imageRatio);
          } else {
              // 图片宽高比小于等于窗口的宽高比，按照高度填满
              mViewportWidth = (int) (mSurfaceHeight * imageRatio);
              mViewportHeight = mSurfaceHeight;
          }
  
          // 计算视口的中心位置
          mViewportX = (mSurfaceWidth - mViewportWidth) / 2;
          mViewportY = (mSurfaceHeight - mViewportHeight) / 2;
      }
  }
  
  

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/TextureRender.java

  package com.example.glsurfaceviewdemo;
  
  import android.content.Context;
  import android.graphics.Bitmap;
  import android.graphics.BitmapFactory;
  import android.opengl.GLES30;
  import android.opengl.GLUtils;
  import android.opengl.Matrix;
  import android.util.Log;
  
  import java.nio.ByteBuffer;
  import java.nio.ByteOrder;
  import java.nio.FloatBuffer;
  public class TextureRender {
      private Context mContext;
      private float[] mCoordData = {
              // 顶点坐标          纹理坐标
              -1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,  // 左上角
              -1.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, // 左下角
              1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,   // 右上角
              1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f   // 右下角
      };
  
      private int mTextureId = -1;
      private FloatBuffer mCoordBuffer;
      private int mProgram = -1;
      private int mVboId;
      private float[] mTranslateMatrix = new float[16];
      private int mPositionHandle = -1; // 顶点位置属性的操作句柄
      private int mTexCoordHandle = -1; // 纹理坐标属性的操作句柄
      private int mTMatrixHandle = -1;  // 变换矩阵操作句柄，用于实现顶点的变换
      private int mSamplerHandle = -1;  // 纹理采样器操作句柄，相当于一个指向某个纹理单元的指针
      Bitmap mBitmap;
  
      public TextureRender(Context context, Bitmap bitmap) {
          mContext = context;
          mBitmap = bitmap;
          initialize();
      }
  
      private void initialize() {
          mTextureId = uploadTexture(); // 上传纹理到GPU
          initVertexBuffer();           // 初始化坐标数据
          initShaders(mContext);        // 加载并编译着色器
          initVbo();                    // 初始化 VBO
          initMatrix();                 // 初始化变换矩阵
          initHandles();                // 获取GPU和Shader的一些操作接口
      }
      // 初始化变换矩阵
      private void initMatrix() {
          Matrix.setIdentityM(mTranslateMatrix, 0); // 设置为单位矩阵
      }
      // 获取GPU和Shader的一些操作接口
      private void initHandles() {
          // 获取顶点坐标操作接口的句柄
          mPositionHandle = GLES30.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition");
          validateAttributeLocation(mPositionHandle, "aPosition");
          GLES30.glEnableVertexAttribArray(mPositionHandle); // 启用位置属性数组
          // 获取纹理坐标操作接口的句柄
          mTexCoordHandle = GLES30.glGetAttribLocation(mProgram, "aTexCoord");
          validateAttributeLocation(mTexCoordHandle, "aTexCoord");
          GLES30.glEnableVertexAttribArray(mTexCoordHandle); // 启用纹理坐标属性数组
          // 获取变换矩阵操作接口的句柄
          mTMatrixHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "uTMatrix");
          // 用于获取Shader当中纹理采样器的操作接口的句柄
          mSamplerHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "uSampler");
      }
      // 用于验证属性句柄的有效性
      private void validateAttributeLocation(int handle, String attributeName) {
          if (handle == -1) {
              Log.e("TextureRender", "Could not find attribute " + attributeName);
          }
      }
      // 绘制纹理
      public void draw() {
          // 激活着色器程序
          GLES30.glUseProgram(mProgram);
          // 绑定VBO
          GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, mVboId);
          // 设置顶点坐标和纹理坐标给OpenGL
          setupVertexAttribPointer();
          // 上传变换矩阵
          GLES30.glUniformMatrix4fv(mTMatrixHandle, 1, false, mTranslateMatrix, 0);
          // 绑定纹理并设置采样器
          bindTexture();
          // 绘制矩形
          GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
          // 解绑当前的 VBO，避免后续操作意外影响到这个缓冲
          GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
          // 检查 OpenGL 错误
          checkOpenGLError();
      }
  
      // 设置顶点坐标和纹理坐标
      private void setupVertexAttribPointer() {
          // 指定位置属性的布局(设置顶点位置数据)
          // 3表示：每个顶点有3个浮点数（x, y, z），步长stride为 5*Float.BYTES，偏移量是0
          GLES30.glVertexAttribPointer(mPositionHandle, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 5 * Float.BYTES, 0);
          // 指定纹理坐标属性的布局（设置纹理坐标数据）
          // 2表示：每个纹理有 2 个浮点数（u, v），步长是同样是 5*Float.BYTES，偏移量是3*Float.BYTES（前三个是顶点坐标）
          GLES30.glVertexAttribPointer(mTexCoordHandle, 2, GLES30.GL_FLOAT, false, 5 * Float.BYTES, 3 * Float.BYTES);
      }
      // 绑定纹理
      private void bindTexture() {
          // 激活纹理单元 0
          GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE0);
          // 绑定纹理
          GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, mTextureId);
          // 上传纹理单元索引到Shader中的 uSampler 变量
          GLES30.glUniform1i(mSamplerHandle, 0);
      }
      // 检查OpengGL的错误
      private void checkOpenGLError() {
          int error = GLES30.glGetError();
          if (error != GLES30.GL_NO_ERROR) {
              Log.e("OpenGL", "OpenGL Error: " + error);
          }
      }
      // 加载并编译着色器
      private void initShaders(Context context) {
          String vertexShaderCode = ShaderController.loadShaderCodeFromFile("texture_vertex_shader.glsl", context);
          String fragmentShaderCode = ShaderController.loadShaderCodeFromFile("texture_fragment_shader.glsl", context);
          mProgram = ShaderController.createGLProgram(vertexShaderCode, fragmentShaderCode);
          if (mProgram == 0) {
              Log.e("TextureRender", "Failed to create OpenGL program.");
          }
      }
      // 初始化坐标数据
      private void initVertexBuffer() {
          ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(mCoordData.length * 4);
          byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder());
          mCoordBuffer = byteBuffer.asFloatBuffer();
          mCoordBuffer.put(mCoordData);
          mCoordBuffer.position(0);
      }
      // 初始化 VBO
      private void initVbo() {
          int[] vbos = new int[1];
          GLES30.glGenBuffers(1, vbos, 0);
          mVboId = vbos[0];
  
          GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, mVboId);
          mCoordBuffer.position(0);
          GLES30.glBufferData(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, mCoordBuffer.capacity() * 4, mCoordBuffer, GLES30.GL_STATIC_DRAW);
      }
  
      // 上传纹理到GPU
      private int uploadTexture() {
          int[] textureIds = new int[1];
          GLES30.glGenTextures(1, textureIds, 0); // 创建纹理
          GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, textureIds[0]); // 绑定纹理
          GLES30.glTexParameteri(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES30.GL_LINEAR); // 设置缩小策略
          GLES30.glTexParameteri(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES30.GL_LINEAR); // 设置放大策略
          GLUtils.texImage2D(GLES30.GL_TEXTURE_2D, 0, GLES30.GL_RGBA, mBitmap, 0); // 纹理上传到GPU
          GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, 0); // 解绑纹理，避免后续误操作
          return textureIds[0];
      }
  
      public void release() {
          GLES30.glDeleteBuffers(1, new int[]{mVboId}, 0); // 删除 VBO
          GLES30.glDeleteProgram(mProgram); // 删除 shader program
      }
  }
  
  
  

• 运行结果：

  

  正常了✌！

2、正交投影：

• 定义变量：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

  	private float[] mProjectionMatrix = new float[16]; // 投影矩阵
      private float[] mViewMatrix = new float[16]; // 视图矩阵
      private float[] mMVPMatrix = new float[16]; // mvp矩阵
  

• 计算视图矩阵和投影矩阵：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

      // 正交投影变换
      private void calculateViewport2(int width, int height) {
          float imageAspectRatio = (float) mBitmap.getWidth() / (float) mBitmap.getHeight();
          float surfaceAspectRatio = (float) width / (float) height;
  
          if (imageAspectRatio > surfaceAspectRatio) {
              // 图片宽高比大于屏幕,按照宽度填满计算高度
              float tb = imageAspectRatio / surfaceAspectRatio;
              // 计算投影矩阵
              Matrix.orthoM(mProjectionMatrix, 0, -1.0f, 1.0f, -tb, tb, -1.0f, 1.0f);
          } else {
              // 图片宽高比小于等于屏幕,按照高度填满计算宽度
              float tb = surfaceAspectRatio / imageAspectRatio;
              // 计算投影矩阵
              Matrix.orthoM(mProjectionMatrix, 0, -tb, tb, -1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f);
          }
          // 计算视图矩阵
          Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, 0, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
          // 计算mvp矩阵
          Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mViewMatrix, 0);
      }
  

• 用MVP矩阵替换原来的单位矩阵：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/TextureRender.java

  	private float[] mMVPMatrix; // mvp矩阵
  	// 接收mvp矩阵
      public void setCustomMVPMatrix(float[] mvpMatrix) {
          if (mvpMatrix.length == 16) { // 确保传入的数组长度为 16
              mMVPMatrix = new float[16];
              System.arraycopy(mvpMatrix, 0, mMVPMatrix, 0, 16);
          } else {
              Log.e("TextureRender", "mvp Matrix length invalid!");
          }
      }
  

• 获取GPU上的MVP矩阵操作接口：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/TextureRender.java

      private void initHandles() {
          // ... 省略非关键代码
          // 获取变换矩阵操作接口的句柄
          mMVPMatrixHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix");
          // ... 省略非关键代码
      }
  

  同时修改点顶点着色器里面glsl代码：

  文件路径：texture_vertex_shader.glsl

  #version 300 es  // 指定 GLSL 版本
  precision mediump float;  // 定义浮点数精度
  
  // 统一变量
  uniform mat4 uMVPMatrix;  // 变换矩阵
  
  // 属性变量
  in vec4 aPosition;  // 顶点位置
  in vec2 aTexCoord;  // 纹理坐标
  
  // 输出变量
  out vec2 vTexCoord;  // 传递给片段着色器的纹理坐标
  
  void main() {
      // 应用变换矩阵并设置顶点位置
      gl_Position = uMVPMatrix * aPosition;
  
      // 将纹理坐标传递给片段着色器
      vTexCoord = aTexCoord;
  }
  

  这样，我们iu通过draw方法传递给了TextureRender，再通过mMVPMatrixHandle传递给了Shader,在Shader当中，通过uMVPMatrix变量接收这个矩阵。

  最后，在Shader的main函数中通过这个MVP矩阵乘以每个顶点数据，就对图片中的每个顶点完成了变换；

• 完整代码：

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

  package com.example.glsurfaceviewdemo;
  
  import android.content.Context;
  import android.graphics.Bitmap;
  import android.graphics.BitmapFactory;
  import android.opengl.GLES30;
  import android.opengl.GLSurfaceView;
  import android.opengl.Matrix;
  import android.util.Log;
  
  import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
  import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;
  
  public class GLRenderTest implements GLSurfaceView.Renderer {
      private Triangle mTriangle;
      private TextureRender mTextureRender;
      private Context mContext;
      private int mSurfaceWidth = 0; // 窗口宽
      private int mSurfaceHeight = 0; // 窗口高
      private int mViewportWidth = 0; // 视口宽
      private int mViewportHeight = 0; // 视口高
      private int mViewportX = 0; // 视口起始横坐标
      private int mViewportY = 0; // 视口起始纵坐标
      private Bitmap mBitmap;
  
      private float[] mProjectionMatrix = new float[16]; // 投影矩阵
      private float[] mViewMatrix = new float[16]; // 视图矩阵
      private float[] mMVPMatrix = new float[16]; // mvp矩阵
  
      public GLRenderTest(Context context) {
          this.mContext = context;
          mBitmap = loadImage();
      }
      @Override
      public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
          GLES30.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
          // mTriangle = new Triangle(mContext);
          mTextureRender = new TextureRender(mContext, mBitmap);
      }
  
      @Override
      public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
          mSurfaceWidth = width;
          mSurfaceHeight = height;
  
          // calculateViewport(); // 计算视口参数
          calculateViewport2(width, height); // 计算正交投影参数
          mTextureRender.setCustomMVPMatrix(mMVPMatrix); // 设置mvp矩阵给渲染器
  
          // GLES30.glViewport(mViewportX, mViewportY, mViewportWidth, mViewportHeight); // 视口调整
          GLES30.glViewport(0, 0,  width, height); // 正交矩阵从屏幕左上角开始即可
      }
  
      @Override
      public void onDrawFrame(GL10 gl){
          GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
          // mTriangle.draw();
          mTextureRender.draw();
      }
  
      public void onDestroy() {
          // mTriangle.release();
          mBitmap.recycle(); // 回收bitmap
          mTextureRender.release();
      }
  
      // 加载图片
      private Bitmap loadImage() {
          BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
          options.inScaled = false;
          return BitmapFactory.decodeResource(mContext.getResources(), R.drawable.android_logo, options);
      }
  
      // 视口变换：通过调整视口大小，保证图片不被拉伸
      private void calculateViewport() {
          // 获取图片的宽高比
          float imageRatio = (float) mBitmap.getWidth() / mBitmap.getHeight();
          // 获取surface（窗口）的宽高比
          float surfaceRatio = (float) mSurfaceWidth / mSurfaceHeight;
  
          if (imageRatio > surfaceRatio) {
              // 图片宽高比大于窗口的宽高比，按照宽度填满
              mViewportWidth = mSurfaceWidth;
              mViewportHeight = (int) (mSurfaceWidth / imageRatio);
          } else {
              // 图片宽高比小于等于窗口的宽高比，按照高度填满
              mViewportWidth = (int) (mSurfaceHeight * imageRatio);
              mViewportHeight = mSurfaceHeight;
          }
  
          // 计算视口的中心位置
          mViewportX = (mSurfaceWidth - mViewportWidth) / 2;
          mViewportY = (mSurfaceHeight - mViewportHeight) / 2;
      }
      // 正交投影变换
      private void calculateViewport2(int width, int height) {
          float imageAspectRatio = (float) mBitmap.getWidth() / (float) mBitmap.getHeight();
          float surfaceAspectRatio = (float) width / (float) height;
  
          if (imageAspectRatio > surfaceAspectRatio) {
              // 图片宽高比大于屏幕,按照宽度填满计算高度
              float tb = imageAspectRatio / surfaceAspectRatio;
              // 计算投影矩阵
              Matrix.orthoM(mProjectionMatrix, 0, -1.0f, 1.0f, -tb, tb, -1.0f, 1.0f);
          } else {
              // 图片宽高比小于等于屏幕,按照高度填满计算宽度
              float tb = surfaceAspectRatio / imageAspectRatio;
              // 计算投影矩阵
              Matrix.orthoM(mProjectionMatrix, 0, -tb, tb, -1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f);
          }
          // 计算视图矩阵
          Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, 0, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
          // 计算mvp矩阵
          Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mViewMatrix, 0);
      }
  }
  
  

  文件路径：com/example/glsurfaceviewdemo/TextureRender.java

  package com.example.glsurfaceviewdemo;
  
  import android.content.Context;
  import android.graphics.Bitmap;
  import android.graphics.BitmapFactory;
  import android.opengl.GLES30;
  import android.opengl.GLUtils;
  import android.opengl.Matrix;
  import android.util.Log;
  
  import java.nio.ByteBuffer;
  import java.nio.ByteOrder;
  import java.nio.FloatBuffer;
  public class TextureRender {
      private Context mContext;
      private float[] mCoordData = {
              // 顶点坐标          纹理坐标
              -1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,  // 左上角
              -1.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, // 左下角
              1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,   // 右上角
              1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f   // 右下角
      };
  
      private int mTextureId = -1;
      private FloatBuffer mCoordBuffer;
      private int mProgram = -1;
      private int mVboId;
  
      private int mPositionHandle = -1; // 顶点位置属性的操作句柄
      private int mTexCoordHandle = -1; // 纹理坐标属性的操作句柄
      private int mMVPMatrixHandle = -1;  // 变换矩阵操作句柄，用于实现顶点的变换
      private int mSamplerHandle = -1;  // 纹理采样器操作句柄，相当于一个指向某个纹理单元的指针
      Bitmap mBitmap;
      private float[] mMVPMatrix; // mvp矩阵
  
      public TextureRender(Context context, Bitmap bitmap) {
          mContext = context;
          mBitmap = bitmap;
          initialize();
      }
  
      private void initialize() {
          mTextureId = uploadTexture(); // 上传纹理到GPU
          initVertexBuffer();           // 初始化坐标数据
          initShaders(mContext);        // 加载并编译着色器
          initVbo();                    // 初始化 VBO
          initHandles();                // 获取GPU和Shader的一些操作接口
      }
  
      // 获取GPU和Shader的一些操作接口
      private void initHandles() {
          // 获取顶点坐标操作接口的句柄
          mPositionHandle = GLES30.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition");
          validateAttributeLocation(mPositionHandle, "aPosition");
          GLES30.glEnableVertexAttribArray(mPositionHandle); // 启用位置属性数组
          // 获取纹理坐标操作接口的句柄
          mTexCoordHandle = GLES30.glGetAttribLocation(mProgram, "aTexCoord");
          validateAttributeLocation(mTexCoordHandle, "aTexCoord");
          GLES30.glEnableVertexAttribArray(mTexCoordHandle); // 启用纹理坐标属性数组
          // 获取变换矩阵操作接口的句柄
          mMVPMatrixHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix");
          // 用于获取Shader当中纹理采样器的操作接口的句柄
          mSamplerHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "uSampler");
      }
      // 用于验证属性句柄的有效性
      private void validateAttributeLocation(int handle, String attributeName) {
          if (handle == -1) {
              Log.e("TextureRender", "Could not find attribute " + attributeName);
          }
      }
      // 绘制纹理
      public void draw() {
          // 激活着色器程序
          GLES30.glUseProgram(mProgram);
          // 绑定VBO
          GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, mVboId);
          // 设置顶点坐标和纹理坐标给OpenGL
          setupVertexAttribPointer();
          // 上传变换矩阵
          GLES30.glUniformMatrix4fv(mMVPMatrixHandle, 1, false, mMVPMatrix, 0);
          // 绑定纹理并设置采样器
          bindTexture();
          // 绘制矩形
          GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
          // 解绑当前的 VBO，避免后续操作意外影响到这个缓冲
          GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
          // 检查 OpenGL 错误
          checkOpenGLError();
      }
  
      // 接收mvp矩阵
      public void setCustomMVPMatrix(float[] mvpMatrix) {
          if (mvpMatrix.length == 16) { // 确保传入的数组长度为 16
              mMVPMatrix = new float[16];
              System.arraycopy(mvpMatrix, 0, mMVPMatrix, 0, 16);
          } else {
              Log.e("TextureRender", "mvp Matrix length invalid!");
          }
      }
  
      // 设置顶点坐标和纹理坐标
      private void setupVertexAttribPointer() {
          // 指定位置属性的布局(设置顶点位置数据)
          // 3表示：每个顶点有3个浮点数（x, y, z），步长stride为 5*Float.BYTES，偏移量是0
          GLES30.glVertexAttribPointer(mPositionHandle, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 5 * Float.BYTES, 0);
          // 指定纹理坐标属性的布局（设置纹理坐标数据）
          // 2表示：每个纹理有 2 个浮点数（u, v），步长是同样是 5*Float.BYTES，偏移量是3*Float.BYTES（前三个是顶点坐标）
          GLES30.glVertexAttribPointer(mTexCoordHandle, 2, GLES30.GL_FLOAT, false, 5 * Float.BYTES, 3 * Float.BYTES);
      }
      // 绑定纹理
      private void bindTexture() {
          // 激活纹理单元 0
          GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE0);
          // 绑定纹理
          GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, mTextureId);
          // 上传纹理单元索引到Shader中的 uSampler 变量
          GLES30.glUniform1i(mSamplerHandle, 0);
      }
      // 检查OpengGL的错误
      private void checkOpenGLError() {
          int error = GLES30.glGetError();
          if (error != GLES30.GL_NO_ERROR) {
              Log.e("OpenGL", "OpenGL Error: " + error);
          }
      }
      // 加载并编译着色器
      private void initShaders(Context context) {
          String vertexShaderCode = ShaderController.loadShaderCodeFromFile("texture_vertex_shader.glsl", context);
          String fragmentShaderCode = ShaderController.loadShaderCodeFromFile("texture_fragment_shader.glsl", context);
          mProgram = ShaderController.createGLProgram(vertexShaderCode, fragmentShaderCode);
          if (mProgram == 0) {
              Log.e("TextureRender", "Failed to create OpenGL program.");
          }
      }
      // 初始化坐标数据
      private void initVertexBuffer() {
          ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(mCoordData.length * 4);
          byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder());
          mCoordBuffer = byteBuffer.asFloatBuffer();
          mCoordBuffer.put(mCoordData);
          mCoordBuffer.position(0);
      }
      // 初始化 VBO
      private void initVbo() {
          int[] vbos = new int[1];
          GLES30.glGenBuffers(1, vbos, 0);
          mVboId = vbos[0];
  
          GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, mVboId);
          mCoordBuffer.position(0);
          GLES30.glBufferData(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, mCoordBuffer.capacity() * 4, mCoordBuffer, GLES30.GL_STATIC_DRAW);
      }
  
      // 上传纹理到GPU
      private int uploadTexture() {
          int[] textureIds = new int[1];
          GLES30.glGenTextures(1, textureIds, 0); // 创建纹理
          GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, textureIds[0]); // 绑定纹理
          GLES30.glTexParameteri(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES30.GL_LINEAR); // 设置缩小策略
          GLES30.glTexParameteri(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES30.GL_LINEAR); // 设置放大策略
          GLUtils.texImage2D(GLES30.GL_TEXTURE_2D, 0, GLES30.GL_RGBA, mBitmap, 0); // 纹理上传到GPU
          GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, 0); // 解绑纹理，避免后续误操作
          return textureIds[0];
      }
  
      public void release() {
          GLES30.glDeleteBuffers(1, new int[]{mVboId}, 0); // 删除 VBO
          GLES30.glDeleteProgram(mProgram); // 删除 shader program
      }
  }
  

  文件路径：texture_vertex_shader.glsl

  #version 300 es  // 指定 GLSL 版本
  precision mediump float;  // 定义浮点数精度
  
  // 统一变量
  uniform mat4 uMVPMatrix;  // 变换矩阵
  
  // 属性变量
  in vec4 aPosition;  // 顶点位置
  in vec2 aTexCoord;  // 纹理坐标
  
  // 输出变量
  out vec2 vTexCoord;  // 传递给片段着色器的纹理坐标
  
  void main() {
      // 应用变换矩阵并设置顶点位置
      gl_Position = uMVPMatrix * aPosition;
  
      // 将纹理坐标传递给片段着色器
      vTexCoord = aTexCoord;
  }
  

• 运行结果：

  

  也成功了！

六、总结：

本文主要介绍了两种防止拉伸的方法，一个是通过修改视口来防止拉伸，第二个是通过设置投影来完成，设置投影主要是设置MVP矩阵。