Рисование фигур

После того как вы определили фигуры, которые нужно нарисовать с помощью OpenGL, вы, вероятно, захотите их нарисовать. Рисование фигур с помощью OpenGL ES 2.0 требует немного больше кода, чем вы можете себе представить, поскольку API обеспечивает большой контроль над конвейером рендеринга графики.

В этом уроке объясняется, как рисовать фигуры, определенные в предыдущем уроке, с помощью OpenGL. ES 2.0 API.

Инициализация фигур

Прежде чем рисовать, необходимо инициализировать и загрузить фигуры, которые вы планируете нарисовать. Если структура (исходные координаты) фигур, используемых в программе, не меняется в процессе выполнения, их следует инициализировать в методе onSurfaceCreated() средства визуализации для эффективного использования памяти и обработки.

Kotlin

class MyGLRenderer : GLSurfaceView.Renderer {
    ...
    private lateinit var mTriangle: Triangle
    private lateinit var mSquare: Square

    override fun onSurfaceCreated(unused: GL10, config: EGLConfig) {
        ...
        // initialize a triangle
        mTriangle = Triangle()
        // initialize a square
        mSquare = Square()
    }
    ...
}

Java

public class MyGLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {

    ...
    private Triangle mTriangle;
    private Square   mSquare;

    public void onSurfaceCreated(GL10 unused, EGLConfig config) {
        ...
        // initialize a triangle
        mTriangle = new Triangle();
        // initialize a square
        mSquare = new Square();
    }
    ...
}

Нарисуйте фигуру

Рисование определенной фигуры с помощью OpenGL ES 2.0 требует значительного объема кода, поскольку вы должны предоставить множество деталей конвейеру рендеринга графики. В частности, необходимо определить следующее:

• Вершинный шейдер – графический код OpenGL ES для отрисовки вершин фигуры.
• Фрагментный шейдер – код OpenGL ES для рендеринга граней фигуры с цветами или текстурами.
• Программа – объект OpenGL ES, содержащий шейдеры, которые вы хотите использовать для рисования одной или нескольких фигур.

Чтобы нарисовать фигуру, нужен хотя бы один вершинный шейдер, а чтобы раскрасить ее – хотя бы один фрагментный шейдер. Эти шейдеры необходимо скомпилировать и добавить в программу OpenGL ES, которая затем используется для рисования фигуры. Ниже приведен пример определения базовых шейдеров, которые можно использовать для рисования фигуры в классе Triangle.

Kotlin

class Triangle {

    private val vertexShaderCode =
            "attribute vec4 vPosition;" +
            "void main() {" +
            "  gl_Position = vPosition;" +
            "}"

    private val fragmentShaderCode =
            "precision mediump float;" +
            "uniform vec4 vColor;" +
            "void main() {" +
            "  gl_FragColor = vColor;" +
            "}"

    ...
}

Java

public class Triangle {

    private final String vertexShaderCode =
        "attribute vec4 vPosition;" +
        "void main() {" +
        "  gl_Position = vPosition;" +
        "}";

    private final String fragmentShaderCode =
        "precision mediump float;" +
        "uniform vec4 vColor;" +
        "void main() {" +
        "  gl_FragColor = vColor;" +
        "}";

    ...
}

Шейдеры содержат код OpenGL Shading Language (GLSL), который необходимо скомпилировать перед использованием в среде OpenGL ES. Чтобы скомпилировать этот код, создайте служебный метод в классе средства визуализации:

Kotlin

fun loadShader(type: Int, shaderCode: String): Int {

    // create a vertex shader type (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
    // or a fragment shader type (GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
    return GLES20.glCreateShader(type).also { shader ->

        // add the source code to the shader and compile it
        GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode)
        GLES20.glCompileShader(shader)
    }
}

Java

public static int loadShader(int type, String shaderCode){

    // create a vertex shader type (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
    // or a fragment shader type (GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
    int shader = GLES20.glCreateShader(type);

    // add the source code to the shader and compile it
    GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);
    GLES20.glCompileShader(shader);

    return shader;
}

Чтобы нарисовать фигуру, вы должны скомпилировать код шейдера, добавить его в объект программы OpenGL ES, а затем связать программу. Это нужно сделать в конструкторе объекта, чтобы действие выполнялось только один раз.

Примечание. Компиляция шейдеров OpenGL ES и связывание программ требуют значительных ресурсов ЦП и времени обработки, поэтому не следует выполнять эти операции более одного раза. Если вы не знаете, что будет в шейдерах во время выполнения, создайте код так, чтобы они создавались только один раз, а затем кэшировались для дальнейшего использования.

Kotlin

class Triangle {
    ...

    private var mProgram: Int

    init {
        ...

        val vertexShader: Int = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode)
        val fragmentShader: Int = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)

        // create empty OpenGL ES Program
        mProgram = GLES20.glCreateProgram().also {

            // add the vertex shader to program
            GLES20.glAttachShader(it, vertexShader)

            // add the fragment shader to program
            GLES20.glAttachShader(it, fragmentShader)

            // creates OpenGL ES program executables
            GLES20.glLinkProgram(it)
        }
    }
}

Java

public class Triangle() {
    ...

    private final int mProgram;

    public Triangle() {
        ...

        int vertexShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER,
                                        vertexShaderCode);
        int fragmentShader = MyGLRenderer.loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER,
                                        fragmentShaderCode);

        // create empty OpenGL ES Program
        mProgram = GLES20.glCreateProgram();

        // add the vertex shader to program
        GLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);

        // add the fragment shader to program
        GLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);

        // creates OpenGL ES program executables
        GLES20.glLinkProgram(mProgram);
    }
}

Теперь вы можете добавить вызовы, которые рисуют фигуру. Чтобы нарисовать фигуру с помощью OpenGL ES, нужно указать несколько параметров, которые сообщат конвейеру рендеринга, что и как вы хотите нарисовать. Поскольку параметры рисования могут различаться в зависимости от формы, рекомендуется, чтобы классы фигур содержали собственную логику рисования.

Создайте метод draw() для рисования фигуры. Этот код задает значения положения и цвета для вершинного и фрагментного шейдеров фигуры, а затем выполняет функцию рисования.

Kotlin

private var positionHandle: Int = 0
private var mColorHandle: Int = 0

private val vertexCount: Int = triangleCoords.size / COORDS_PER_VERTEX
private val vertexStride: Int = COORDS_PER_VERTEX * 4 // 4 bytes per vertex

fun draw() {
    // Add program to OpenGL ES environment
    GLES20.glUseProgram(mProgram)

    // get handle to vertex shader's vPosition member
    positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition").also {

        // Enable a handle to the triangle vertices
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(it)

        // Prepare the triangle coordinate data
        GLES20.glVertexAttribPointer(
                it,
                COORDS_PER_VERTEX,
                GLES20.GL_FLOAT,
                false,
                vertexStride,
                vertexBuffer
        )

        // get handle to fragment shader's vColor member
        mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor").also { colorHandle ->

            // Set color for drawing the triangle
            GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0)
        }

        // Draw the triangle
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount)

        // Disable vertex array
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(it)
    }
}

Java

private int positionHandle;
private int colorHandle;

private final int vertexCount = triangleCoords.length / COORDS_PER_VERTEX;
private final int vertexStride = COORDS_PER_VERTEX * 4; // 4 bytes per vertex

public void draw() {
    // Add program to OpenGL ES environment
    GLES20.glUseProgram(mProgram);

    // get handle to vertex shader's vPosition member
    positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition");

    // Enable a handle to the triangle vertices
    GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionHandle);

    // Prepare the triangle coordinate data
    GLES20.glVertexAttribPointer(positionHandle, COORDS_PER_VERTEX,
                                 GLES20.GL_FLOAT, false,
                                 vertexStride, vertexBuffer);

    // get handle to fragment shader's vColor member
    colorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");

    // Set color for drawing the triangle
    GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0);

    // Draw the triangle
    GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);

    // Disable vertex array
    GLES20.glDisableVertexAttribArray(positionHandle);
}

После того как вы добавите весь этот код, для отрисовки объекта потребуется только вызвать метод draw() из метода onDrawFrame() средства визуализации:

Kotlin

override fun onDrawFrame(unused: GL10) {
    ...

    mTriangle.draw()
}

Java

public void onDrawFrame(GL10 unused) {
    ...

    mTriangle.draw();
}

При запуске приложения вы должны увидеть примерно следующее:

Рисунок 1. Треугольник, нарисованный без проекции или вида камеры.

В этом примере кода есть несколько проблем. Во-первых, это не произведет впечатления на ваших друзей. Во-вторых, треугольник немного сплющен и меняет форму при изменении ориентации экрана устройства. Это происходит потому, что вершины объекта не были скорректированы с учетом пропорций области экрана, в которой показывается GLSurfaceView. Вы можете исправить эту проблему, используя проекцию и вид камеры на следующем уроке.

Наконец, треугольник неподвижен, что немного скучно. В уроке Добавить эффект движения вы заставите эту фигуру вращаться и научитесь более интересно использовать графический конвейер OpenGL ES.