LBS 开发微课堂｜通过openGL ES轻松实现建筑物渲染及动画

news2024/12/14 15:11:03

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通过openGL ES轻松实现

建筑物渲染及动画

对于智能穿戴设备的开发者来说，在亲子守护这类应用场景下，精确展示儿童当前的位置信息尤为重要。特别是在复杂的建筑物中，需要能够详尽地指示出儿童所在的建筑物及具体位置。

那么，如何能够在地图上结合定位技术，贴合楼块轮廓，对定位所在的楼块进行自定义纹理展示，并实现当前所在楼栋内的楼层变化的动画效果呢？

今天，我们将详细介绍如何在移动端使用OpenGL ES绘制一个n面棱柱，并探讨纹理贴图、侧面索引的原理及楼层动画的实现过程。

通过代码的方式，帮助开发者更好地理解地图SDK自定义建筑物渲染的整个过程，就让我们一起来学习一下吧！

01 绘制建筑物

1.1 定义顶点与索引

绘制建筑物本质上是绘制n面棱柱体。n面棱柱的顶点数据包括底面顶点、顶面顶点和侧面顶点。

底面和顶面是n边形，侧面由底面和顶面的对应顶点连接而成。

核心代码示例：

// 示例：绘制一个六面棱柱（即长方体）GLfloat vertices[] = {    // 底面顶点    -0.5f, -0.5f, -0.5f,    0.5f, -0.5f, -0.5f,    0.5f, -0.5f,  0.5f,    -0.5f, -0.5f,  0.5f,    // 顶面顶点    -0.5f,  0.5f, -0.5f,    0.5f,  0.5f, -0.5f,    0.5f,  0.5f,  0.5f,    -0.5f,  0.5f,  0.5f};

索引数据用于指定顶点的连接顺序，形成棱柱的各个面。

// 示例索引数据GLushort indices[] = {    // 底面    0, 1, 2, 2, 3, 0,    // 顶面    4, 5, 6, 6, 7, 4,    // 侧面    0, 1, 5, 5, 4, 0,    1, 2, 6, 6, 5, 1,    2, 3, 7, 7, 6, 2,    3, 0, 4, 4, 7, 3};

索引数组

索引数组定义了顶点的连接顺序，从而形成了棱柱的各个面。

侧面生成

通过连接底面和顶面对应的顶点，生成棱柱的侧面。索引数组中的每个侧面由六个顶点组成（两个三角形）。

1.2 顶点着色器和片元着色器

顶点着色器负责处理顶点数据，将其转换为屏幕坐标。

片元着色器负责为每个像素着色。

const char* vertexShaderSource = R"(attribute vec4 vPosition;uniform mat4 uModelViewProjectionMatrix;void main() {    gl_Position = uModelViewProjectionMatrix * vPosition;})";
const char* fragmentShaderSource = R"(precision mediump float;uniform vec4 vColor;void main() {    gl_FragColor = vColor;})";

02 纹理贴图

2.1 纹理坐标

纹理贴图是将二维图像映射到三维模型表面的过程。因此需要定义纹理坐标，并加载纹理图像。

纹理坐标

纹理坐标是一个二维坐标系统，范围为[0, 1]。它定义了如何将纹理图像映射到三维模型的表面上。

// 纹理坐标（示例）GLfloat textureCoords[] = {    0.0f, 0.0f,    1.0f, 0.0f,    1.0f, 1.0f,    0.0f, 1.0f,    // 顶面纹理坐标（重复上述过程）};

2.2 纹理绘制

在绘制函数中，我们需要绑定纹理、设置着色器参数、传递顶点数据和索引数据，然后调用glDrawElements进行绘制。

纹理环绕

当纹理坐标超出 [0, 1] 范围时，OpenGL提供了多种处理方式，如重复（GL_REPEAT）、镜像重复（GL_MIRRORED_REPEAT）、约束到边缘（GL_CLAMP_TO_EDGE）等。

纹理过滤

纹理过滤用于处理纹理在放大或缩小时的像素处理。常用的过滤方式有邻近过滤（GL_NEAREST）和线性过滤（GL_LINEAR）。

// 加载纹理图像（示例）GLuint textureId;glGenTextures(1, &textureId);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureId);glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, textureWidth, textureHeight, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, textureData);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

绘制

void draw() {    glUseProgram(program);
    // 设置顶点属性位置    glEnableVertexAttribArray(positionAttribLocation);    glVertexAttribPointer(positionAttribLocation, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, vertices);
    // 设置纹理坐标属性位置    glEnableVertexAttribArray(textureAttribLocation);    glVertexAttribPointer(textureAttribLocation, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, textureCoords);
    // 绑定纹理    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureId);
    // 设置着色器中的矩阵参数（示例）    glUniformMatrix4fv(modelViewProjectionMatrixLocation, 1, GL_FALSE, modelViewProjectionMatrix);
    // 绘制棱柱    glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices) / sizeof(GLushort), GL_UNSIGNED_SHORT, indices);
    glDisableVertexAttribArray(positionAttribLocation);    glDisableVertexAttribArray(textureAttribLocation);}

03 楼层动画

实现楼层z轴非线性动画，通过使用顶点着色器（Vertex Shader）来动态修改顶点位置实现。

这种方法可以减少 CPU 到 GPU 的数据传输，提高性能，特别是在顶点数据较多的情况下。

3.1 定义楼层的顶点着色器

定义一个顶点着色器，其中包含一个时间变量和缓动函数，用于计算当前的 Z 坐标偏移。

// Vertex Shaderattribute vec3 aPosition; // 顶点位置uniform float uTime; // 动画时间，从外部传入uniform float uHeight; // 最大高度
// 缓动函数// 开始和结束时速度较慢，中间加速float easeInOutCubic(float t) {    return t < 0.5 ? 4.0 * t * t * t : (t - 1.0) * (2.0 * t - 2.0) * (2.0 * t - 2.0) + 1.0;}
void main() {    float t = easeInOutCubic(uTime);    float z = uHeight * t; // 计算当前高度    vec3 transformedPosition = vec3(aPosition.xy, aPosition.z + z); // 更新 Z 坐标    gl_Position = vec4(transformedPosition, 1.0);}

缓动函数

缓动函数（Easing Functions）是在动画和运动图形中常用的一种技术，用于创建更加平滑和自然的动画效果。主要用于控制动画的速度变化，使得动画不是以恒定速度进行，而是可以加速或减速，或者两者结合。

3.2 更新时间和高度

// 更新时间，高度并传递到着色器float time = fmod(currentTime, animationDuration) / animationDuration; // 计算归一化时间glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uTime"), time);glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uHeight"), buildingHeight);

3.3 渲染循环

void render() {    // 更新时间    updateDeltaTime();    // 设置时间和高度    glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uTime"), time);    glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uHeight"), buildingHeight);    // 绘制楼层    drawFloorBuilding();}