最近因为兴趣所向，开始学习OpenGL绘图。本文以“画球体”为点，小结一下最近所学。
> 初识OpenGL ES
接触OpenGL是从Android开始的。众所周知，Android View 是线程不安全的，于是只允许在主线程中对View进行操作。然而假如我们需要实现复杂的界面，特别是开发游戏，在主线程中画大量图像，会耗费比较长的时间，使得主线程没能及时响应用户输入，甚至出现ANR。于是Android提供了一个 SurfaceView类，通过双缓冲机制（两块画布？三块画布？），允许用户非主线程操作Canvas，实现View的“异步”刷新。
Canvas类提供了很多画图方法：
drawPoint(...)
drawCircle(...)
drawBitmap(...)
drawRect(...)
drawText(...)
drawOval(...)
然后，如果想要实现比较复杂的效果（比如3D），Canvas就很难胜任了。了解了一下，目前大部分Android游戏都是用OpenGL来实现。
OpenGL是何方神圣？实际上，最终图像(不管是2D还是3D)都是显示在显示屏上，所以最终操作肯定是对一个2D的显示内存进行操作的。而OpenGL就是提供了很多方法，帮助我们定义空间立体模型，然后通过我们输入的各种参数，计算出映射矩阵，最终在显示屏幕上体现出效果。
OpenGL ES （OpenGL for Embedded Systems）是专门OpenGL的API子集，专门用于手机等嵌入式平台。简单理解就是，专门开发给“低端”的环境。删减了很多不必要的方法，留下了最基本的。
> 使用OpenGL ES画图
OpenGL ES提供了两个方法去绘制空间几何图形。
1. glDrawArrays (int mode, int first, int count);
2. glDrawElements (int mode, int count, int type, Buffer indices);
参数mode有以下取值：
GL_POINTS,
GL_LINE_STRIP,
GL_LINE_LOOP,
GL_LINES,
GL_TRIANGLES,
GL_TRIANGLE_STRIP,
GL_TRIANGLE_FAN.
画点，画线，画三角形！就这么多了！我们认为，任何空间图形都可以由点,线,或者三角形来表示。
3. glVertexPointer( ... )
定义几何图形的所有顶点方法。调用此方法后，glDrawArrays,glDrawElements方法便会按照顶点画出图形。
因为我们接下来要画球体，是通过画非常多的三角形拼接而成（听起来挺有意思的）。所以先简单了解一下画三角形的三种模式：
根据顶点的顺序，
GL_TRIANGLES按三个顶点为一组独自画三角形，
GL_TRIANGL_STRIP总是以最后三个顶点组成三角形，
GL_TRIANGLE_FAN则是以第一个顶点为中心，后续顶点分别形成三角形。
我们接下来使用 GL_TRIANGLE_STRIP这种模式画球体。
> 使用三角形构成空间球体
我们这里利用的是极限逼近的思想。想当年，祖冲之不也是用这种思想计算出圆周率π吗。当正多边形的边数够多，看起来很像一个圆！
于是，我们同样认为，当正多面体的边数够多，看起来很像一个球！
好了，思想是有了，但是我们最终并不是通过画正多面体来画。因为看起来，利用正多面体来切割一个球算起来比较麻烦。
如果用经纬线的纵横切割方法，算起来要简单很多！
左右两条经线，上下两条纬线构成一个正方形（近似）。正方形可以看做是两个三角形构成。
途中土黄色的箭头，代表使用GL_TRIANGLE_STRIP模式画图时采用的顶点顺序。
这种切割方法，看起来清晰很多，纵横经纬两层循环遍历所有顶点。
关键是：怎么计算球面的顶点坐标？(x, y, z)
> 球面顶点坐标计算
首先，我们确认两个遍历方向：
第一层：从Y轴负方向开始，角度不断增加直到Y轴正方向。（时钟6点->5点->4点->3点->2点->1点->12点）
第二层：固定Y值，以Y轴为旋转轴，360度旋转。即可遍历所有顶点。
如下图，a角递增，b角做一个360度变化。
如上图，任意球面上的点，三维坐标 (x0, y0, z0) 计算：(R为球半径)
x0 = R * cos(a) * sin(b);
y0 = R * sin(a);
z0 = R * cos(a) * cos(b);
> 源码
以下部分参考或者是抄写于：http://blog.csdn.net/wuzongpo/article/details/7230285
使用OpenGL ES绘图的一般步骤是：
1，获取EGLDisplay对象
2，初始化与EGLDisplay之间的连接
3，获取EGLConfig对象
4，创建EGLContext对象
5，创建EGLSurface实例
6，连接EGLContext与EGLSurface
7，使用GL指令画图
8，断开释放EGLContext对象
9，删除EGLSurface
10，删除EGLContext
11，终止与EGLDisplay之间的连接
Android GLSurfaceView 类，对OpenGL Api 进行了一层封装。帮忙我们管理Display,Context,Surface。我们只要实现android.opengl.GLSurfaceView.Renderer接口即可。
import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.ByteOrder;import java.nio.FloatBuffer;import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;import android.opengl.GLU;import android.opengl.GLSurfaceView.Renderer;public class OpenGLRenderer4 implements Renderer { // 环境光 private final float[] mat_ambient = { 0.2f, 0.3f, 0.4f, 1.0f }; private FloatBuffer mat_ambient_buf; // 平行入射光 private final float[] mat_diffuse = { 0.4f, 0.6f, 0.8f, 1.0f }; private FloatBuffer mat_diffuse_buf; // 高亮区域 private final float[] mat_specular = { 0.2f * 0.4f, 0.2f * 0.6f, 0.2f * 0.8f, 1.0f }; private FloatBuffer mat_specular_buf; private Sphere mSphere = new Sphere(); public volatile float mLightX = 10f; public volatile float mLightY = 10f; public volatile float mLightZ = 10f; @Override public void onDrawFrame(GL10 gl) { // 清楚屏幕和深度缓存 gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 重置当前的模型观察矩阵 gl.glLoadIdentity(); gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING); gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0); // 材质 gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, mat_ambient_buf); gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, mat_diffuse_buf); gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, mat_specular_buf); // 镜面指数 0~128 越小越粗糙 gl.glMaterialf(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SHININESS, 96.0f); //光源位置 float[] light_position = {mLightX, mLightY, mLightZ, 0.0f}; ByteBuffer mpbb = ByteBuffer.allocateDirect(light_position.length*4); mpbb.order(ByteOrder.nativeOrder()); FloatBuffer mat_posiBuf = mpbb.asFloatBuffer(); mat_posiBuf.put(light_position); mat_posiBuf.position(0); gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, mat_posiBuf); gl.glTranslatef(0.0f, 0.0f, -3.0f); mSphere.draw(gl); } @Override public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) { // 设置输出屏幕大小 gl.glViewport(0, 0, width, height); // 设置投影矩阵 gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); // 重置投影矩阵 gl.glLoadIdentity(); // 设置视口大小 // gl.glFrustumf(0, width, 0, height, 0.1f, 100.0f); GLU.gluPerspective(gl, 90.0f, (float) width / height, 0.1f, 50.0f); // 选择模型观察矩阵 gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW); // 重置模型观察矩阵 gl.glLoadIdentity(); } @Override public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig arg1) { // 对透视进行修正 gl.glHint(GL10.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL10.GL_FASTEST); // 背景：黑色 gl.glClearColor(0, 0.0f, 0.0f, 0.0f); // 启动阴影平滑 gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH); // 复位深度缓存 gl.glClearDepthf(1.0f); // 启动深度测试 gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 所做深度测试的类型 gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); initBuffers(); } private void initBuffers() { ByteBuffer bufTemp = ByteBuffer.allocateDirect(mat_ambient.length * 4); bufTemp.order(ByteOrder.nativeOrder()); mat_ambient_buf = bufTemp.asFloatBuffer(); mat_ambient_buf.put(mat_ambient); mat_ambient_buf.position(0); bufTemp = ByteBuffer.allocateDirect(mat_diffuse.length * 4); bufTemp.order(ByteOrder.nativeOrder()); mat_diffuse_buf = bufTemp.asFloatBuffer(); mat_diffuse_buf.put(mat_diffuse); mat_diffuse_buf.position(0); bufTemp = ByteBuffer.allocateDirect(mat_specular.length * 4); bufTemp.order(ByteOrder.nativeOrder()); mat_specular_buf = bufTemp.asFloatBuffer(); mat_specular_buf.put(mat_specular); mat_specular_buf.position(0); }}import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.ByteOrder;import java.nio.FloatBuffer;import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;// 计算球面顶点public class Sphere { public void draw(GL10 gl) { float angleA, angleB; float cos, sin; float r1, r2; float h1, h2; float step = 30.0f; float[][] v = new float[32][3]; ByteBuffer vbb; FloatBuffer vBuf; vbb = ByteBuffer.allocateDirect(v.length * v[0].length * 4); vbb.order(ByteOrder.nativeOrder()); vBuf = vbb.asFloatBuffer(); gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY); gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY); for (angleA = -90.0f; angleA < 90.0f; angleA += step) { int n = 0; r1 = (float)Math.cos(angleA * Math.PI / 180.0); r2 = (float)Math.cos((angleA + step) * Math.PI / 180.0); h1 = (float)Math.sin(angleA * Math.PI / 180.0); h2 = (float)Math.sin((angleA + step) * Math.PI / 180.0); // 固定纬度, 360 度旋转遍历一条纬线 for (angleB = 0.0f; angleB <= 360.0f; angleB += step) { cos = (float)Math.cos(angleB * Math.PI / 180.0); sin = -(float)Math.sin(angleB * Math.PI / 180.0); v[n][0] = (r2 * cos); v[n][1] = (h2); v[n][2] = (r2 * sin); v[n + 1][0] = (r1 * cos); v[n + 1][1] = (h1); v[n + 1][2] = (r1 * sin); vBuf.put(v[n]); vBuf.put(v[n + 1]); n += 2; if(n>31){ vBuf.position(0); gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, vBuf); gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, vBuf); gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, n); n = 0; angleB -= step; } } vBuf.position(0); gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, vBuf); gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, vBuf); gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, n); } gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY); gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY); }}import android.content.Context;import android.opengl.GLSurfaceView;import android.view.MotionEvent;public class OpenGLView extends GLSurfaceView { private OpenGLRenderer4 mRenderer; private float mDownX = 0.0f; private float mDownY = 0.0f; public OpenGLView(Context context) { super(context); mRenderer = new OpenGLRenderer4(); this.setRenderer(mRenderer); } @Override public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) { int action = event.getActionMasked(); switch (action) { case MotionEvent.ACTION_DOWN: mDownX = event.getX(); mDownY = event.getY(); return true; case MotionEvent.ACTION_UP: return true; case MotionEvent.ACTION_MOVE: float mX = event.getX(); float mY = event.getY(); mRenderer.mLightX += (mX-mDownX)/10; mRenderer.mLightY -= (mY-mDownY)/10; mDownX = mX; mDownY = mY; return true; default: return super.onTouchEvent(event); } }}import android.os.Bundle;import android.app.Activity;import android.view.Window;import android.view.WindowManager;public class MainActivity extends Activity { private OpenGLView mOpenGLView; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); // 去标题栏 requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE); //设置全屏 getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN, WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN); mOpenGLView = new OpenGLView(this); setContentView(mOpenGLView); }}> 效果图
step = 30.0f
step = 2.0f
关于光照效果，我们以后有空再讨论。