OpenGL ES 3. OBJ文件渲染
大家好，接下来将为大家介绍OpenGL ES 3. OBJ文件渲染。
上一节介绍了OBJ文件及其文本结构方面的内容，接下来将会介绍如何将OBJ文件加载到内存，并通过OpenGL的方式渲染出来。
1、OBJ文件解析类
由于OBJ文本文件是按照一定的规则储存的（详见上一节内容介绍），所以，我们首先介绍OBJ文件的加载解析，加载后用于渲染物体的 LoadedObjectVertexNormalTexture 类。介绍加载顶点坐标、三角形面、纹理坐标等信息。
import android.opengl.GLES30;
//加载后的物体——仅携带顶点信息，颜色随机
public class LoadedObjectVertexNormalTexture
{
int mProgram;//自定义渲染管线着色器程序id
int muMVPMatrixHandle;//总变换矩阵引用
int muMMatrixHandle;//位置、旋转变换矩阵
int maPositionHandle; //顶点位置属性引用
int maNormalHandle; //顶点法向量属性引用
int maLightLocationHandle;//光源位置属性引用
int maCameraHandle; //摄像机位置属性引用
int maTexCoorHandle; //顶点纹理坐标属性引用
String mVertexShader;//顶点着色器代码脚本
String mFragmentShader;//片元着色器代码脚本
int vCount=0;
FloatBuffer mVertexBuffer;//顶点坐标数据缓冲
FloatBuffer mNormalBuffer;//顶点法向量数据缓冲
FloatBuffer mTexCoorBuffer;//顶点纹理坐标数据缓冲
public LoadedObjectVertexNormalTexture(MySurfaceView mv,float[] vertices,float[] normals,float texCoors[])
{//构造器
//初始化顶点坐标、法向量、纹理坐标数据
initVertexData(vertices,normals,texCoors);
//初始化着色器
initShader(mv);
}
//初始化顶点坐标、法向量、纹理坐标数据的方法
public void initVertexData(float[] vertices,float[] normals,float texCoors[])
{
//顶点坐标数据的初始化================begin============================
vCount=vertices.length/3;
//创建顶点坐标数据缓冲
//vertices.length*4是因为一个整数四个字节
ByteBuffer vbb = ByteBuffer.allocateDirect(vertices.length*4);
vbb.order(ByteOrder.nativeOrder());//设置字节顺序
mVertexBuffer = vbb.asFloatBuffer();//转换为Float型缓冲
mVertexBuffer.put(vertices);//向缓冲区中放入顶点坐标数据
mVertexBuffer.position(0);//设置缓冲区起始位置
//特别提示：由于不同平台字节顺序不同数据单元不是字节的一定要经过ByteBuffer
//转换，关键是要通过ByteOrder设置nativeOrder()，否则有可能会出问题
//顶点坐标数据的初始化================end============================
//顶点法向量数据的初始化================begin============================
ByteBuffer cbb = ByteBuffer.allocateDirect(normals.length*4);
cbb.order(ByteOrder.nativeOrder());//设置字节顺序
mNormalBuffer = cbb.asFloatBuffer();//转换为Float型缓冲
mNormalBuffer.put(normals);//向缓冲区中放入顶点法向量数据
mNormalBuffer.position(0);//设置缓冲区起始位置
//特别提示：由于不同平台字节顺序不同数据单元不是字节的一定要经过ByteBuffer
//转换，关键是要通过ByteOrder设置nativeOrder()，否则有可能会出问题
//顶点着色数据的初始化================end============================
//顶点纹理坐标数据的初始化================begin============================
ByteBuffer tbb = ByteBuffer.allocateDirect(texCoors.length*4);
tbb.order(ByteOrder.nativeOrder());//设置字节顺序
mTexCoorBuffer = tbb.asFloatBuffer();//转换为Float型缓冲
mTexCoorBuffer.put(texCoors);//向缓冲区中放入顶点纹理坐标数据
mTexCoorBuffer.position(0);//设置缓冲区起始位置
//特别提示：由于不同平台字节顺序不同数据单元不是字节的一定要经过ByteBuffer
//转换，关键是要通过ByteOrder设置nativeOrder()，否则有可能会出问题
//顶点纹理坐标数据的初始化================end============================
}
//绘制加载物体的方法
public void drawSelf(int texId)
{
//制定使用某套着色器程序
GLES30.glUseProgram(mProgram);
//将最终变换矩阵传入着色器程序
GLES30.glUniformMatrix4fv(muMVPMatrixHandle, 1, false, MatrixState.getFinalMatrix(), 0);
//将位置、旋转变换矩阵传入着色器程序
GLES30.glUniformMatrix4fv(muMMatrixHandle, 1, false, MatrixState.getMMatrix(), 0);
//将光源位置传入着色器程序
GLES30.glUniform3fv(maLightLocationHandle, 1, MatrixState.lightPositionFB);
//将摄像机位置传入着色器程序
GLES30.glUniform3fv(maCameraHandle, 1, MatrixState.cameraFB);
// 将顶点位置数据传入渲染管线
GLES30.glVertexAttribPointer (maPositionHandle, 3, GLES30.GL_FLOAT,
false, 3*4, mVertexBuffer);
//将顶点法向量数据传入渲染管线
GLES30.glVertexAttribPointer (maNormalHandle, 3, GLES30.GL_FLOAT,
false, 3*4, mNormalBuffer);
//将顶点纹理坐标数据传入渲染管线
GLES30.glVertexAttribPointer (maTexCoorHandle, 2, GLES30.GL_FLOAT,
false, 2*4, mTexCoorBuffer);
//启用顶点位置、法向量、纹理坐标数据数组
GLES30.glEnableVertexAttribArray(maPositionHandle);
GLES30.glEnableVertexAttribArray(maNormalHandle);
GLES30.glEnableVertexAttribArray(maTexCoorHandle); //启用纹理坐标数据数组
//绑定纹理
GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE0);//启用0号纹理
GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, texId);//绑定纹理
//绘制加载的物体
GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLES, 0, vCount);
}
}
具体的加载工具类LoadUtil：alv为原始顶点坐标列表--直接从obj文件中加载、alvResult为结果顶点坐标列表--按面组织好、alt为原始纹理坐标列表、altResult为纹理坐标结果列表、aln为原始法向量列表、alnResult法向量结果列表。
public class LoadUtil
{
//从obj文件中加载携带顶点信息的物体
public static LoadedObjectVertexNormalTexture loadFromFile
(String fname, Resources r,MySurfaceView mv)
{
//加载后物体的引用
LoadedObjectVertexNormalTexture lo=null;
//原始顶点坐标列表--直接从obj文件中加载
ArrayList alv=new ArrayList();
//结果顶点坐标列表--按面组织好
ArrayList alvResult=new ArrayList();
//原始纹理坐标列表
ArrayList alt=new ArrayList();
//纹理坐标结果列表
ArrayList altResult=new ArrayList();
//原始法向量列表
ArrayList aln=new ArrayList();
//法向量结果列表
ArrayList alnResult=new ArrayList();
try
{
InputStream in=r.getAssets().open(fname);
InputStreamReader isr=new InputStreamReader(in);
BufferedReader br=new BufferedReader(isr);
String temps=null;
//扫面文件，根据行类型的不同执行不同的处理逻辑
while((temps=br.readLine())!=null)
{//读取一行文本
String[] tempsa=temps.split("[ ]+");//将文本行用空格符切分
if(tempsa[0].trim().equals("v"))
{//此行为顶点坐标行
//若为顶点坐标行则提取出此顶点的XYZ坐标添加到原始顶点坐标列表中
alv.add(Float.parseFloat(tempsa[1]));
alv.add(Float.parseFloat(tempsa[2]));
alv.add(Float.parseFloat(tempsa[3]));
}
else if(tempsa[0].trim().equals("vt"))
{//此行为纹理坐标行
//若为纹理坐标行则提取ST坐标并添加进原始纹理坐标列表中
alt.add(Float.parseFloat(tempsa[1]));
alt.add(1-Float.parseFloat(tempsa[2]));
}
else if(tempsa[0].trim().equals("vn"))
{//此行为法向量行
//若为纹理坐标行则提取ST坐标并添加进原始纹理坐标列表中
aln.add(Float.parseFloat(tempsa[1]));//放进aln列表中
aln.add(Float.parseFloat(tempsa[2])); //放进aln列表中
aln.add(Float.parseFloat(tempsa[3])); //放进aln列表中
}
else if(tempsa[0].trim().equals("f"))
{//此行为三角形面
//计算第0个顶点的索引，并获取此顶点的XYZ三个坐标
int index=Integer.parseInt(tempsa[1].split("/")[0])-1;
float x0=alv.get(3*index);
float y0=alv.get(3*index+1);
float z0=alv.get(3*index+2);
alvResult.add(x0);
alvResult.add(y0);
alvResult.add(z0);
//计算第1个顶点的索引，并获取此顶点的XYZ三个坐标
index=Integer.parseInt(tempsa[2].split("/")[0])-1;
float x1=alv.get(3*index);
float y1=alv.get(3*index+1);
float z1=alv.get(3*index+2);
alvResult.add(x1);
alvResult.add(y1);
alvResult.add(z1);
//计算第2个顶点的索引，并获取此顶点的XYZ三个坐标
index=Integer.parseInt(tempsa[3].split("/")[0])-1;
float x2=alv.get(3*index);
float y2=alv.get(3*index+1);
float z2=alv.get(3*index+2);
alvResult.add(x2);
alvResult.add(y2);
alvResult.add(z2);
//将纹理坐标组织到结果纹理坐标列表中
//第0个顶点的纹理坐标
int indexTex=Integer.parseInt(tempsa[1].split("/")[1])-1;
altResult.add(alt.get(indexTex*2));
altResult.add(alt.get(indexTex*2+1));
//第1个顶点的纹理坐标
indexTex=Integer.parseInt(tempsa[2].split("/")[1])-1;
altResult.add(alt.get(indexTex*2));
altResult.add(alt.get(indexTex*2+1));
//第2个顶点的纹理坐标
indexTex=Integer.parseInt(tempsa[3].split("/")[1])-1;
altResult.add(alt.get(indexTex*2));
altResult.add(alt.get(indexTex*2+1));
//=================================================
//计算第0个顶点的法向量索引
int indexN=Integer.parseInt(tempsa[1].split("/")[2])-1;//获取法向量编号
float nx0=aln.get(3*indexN);//获取法向量的x值
float ny0=aln.get(3*indexN+1);//获取法向量的y值
float nz0=aln.get(3*indexN+2);//获取法向量的z值
alnResult.add(nx0);//放入alnResult列表
alnResult.add(ny0);//放入alnResult列表
alnResult.add(nz0); //放入alnResult列表
//计算第1个顶点的索引，并获取此顶点的XYZ三个坐标
indexN=Integer.parseInt(tempsa[2].split("/")[2])-1;
float nx1=aln.get(3*indexN);
float ny1=aln.get(3*indexN+1);
float nz1=aln.get(3*indexN+2);
alnResult.add(nx1);
alnResult.add(ny1);
alnResult.add(nz1);
//计算第2个顶点的索引，并获取此顶点的XYZ三个坐标
indexN=Integer.parseInt(tempsa[3].split("/")[2])-1;
float nx2=aln.get(3*indexN);
float ny2=aln.get(3*indexN+1);
float nz2=aln.get(3*indexN+2);
alnResult.add(nx2);
alnResult.add(ny2);
alnResult.add(nz2);
}
}
//生成顶点数组
int size=alvResult.size();
float[] vXYZ=new float[size];
for(int i=0;i<size;i++)
{
vXYZ[i]=alvResult.get(i);
}
//生成纹理数组
size=altResult.size();
float[] tST=new float[size];
for(int i=0;i<size;i++)
{
tST[i]=altResult.get(i);
}
//生成法向量数组
size=alnResult.size();//获取法向量列表的大小
float[] nXYZ=new float[size];//创建存放法向量的数组
for(int i=0;i<size;i++)
{
nXYZ[i]=alnResult.get(i);//将法向量值存入数组
}
//创建加载物体对象
lo=new LoadedObjectVertexNormalTexture(mv,vXYZ,nXYZ,tST);
}
catch(Exception e)
{
Log.d("load error", "load error");
e.printStackTrace();
}
return lo;//返回创建的物体对象的引用
}
}
2、介绍用于渲染整个 3D 场景的 MySurfaceView 类：自定义渲染器SceneRenderer、并设置渲染模式为主动渲染RENDERMODE_CONTINUOUSLY。
class MySurfaceView extends GLSurfaceView
{
private final float TOUCH_SCALE_FACTOR = 180.0f/320;//角度缩放比例
private SceneRenderer mRenderer;//场景渲染器
private float mPreviousY;//上次的触控位置Y坐标
private float mPreviousX;//上次的触控位置X坐标
int textureId;//系统分配的纹理id
public MySurfaceView(Context context) {
super(context);
this.setEGLContextClientVersion(3); //设置使用OPENGL ES3.0
mRenderer = new SceneRenderer(); //创建场景渲染器
setRenderer(mRenderer); //设置渲染器
setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY);//设置渲染模式为主动渲染
}
//触摸事件回调方法
@Override
public boolean onTouchEvent(MotionEvent e)
{
float y = e.getY();
float x = e.getX();
switch (e.getAction()) {
case MotionEvent.ACTION_MOVE:
float dy = y - mPreviousY;//计算触控笔Y位移
float dx = x - mPreviousX;//计算触控笔X位移
mRenderer.yAngle += dx * TOUCH_SCALE_FACTOR;//设置沿y轴旋转角度
mRenderer.xAngle+= dy * TOUCH_SCALE_FACTOR;//设置沿x轴旋转角度
requestRender();//重绘画面
}
mPreviousY = y;//记录触控笔位置
mPreviousX = x;//记录触控笔位置
return true;
}
private class SceneRenderer implements GLSurfaceView.Renderer
{
float yAngle;//绕Y轴旋转的角度
float xAngle; //绕X轴旋转的角度
//从指定的obj文件中加载的对象
LoadedObjectVertexNormalTexture lovo;
public void onDrawFrame(GL10 gl)
{
//清除深度缓冲与颜色缓冲
GLES30.glClear( GLES30.GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//坐标系推远
MatrixState.pushMatrix();
MatrixState.translate(0, -16f, -60f);
//绕Y轴、X轴旋转
MatrixState.rotate(yAngle, 0, 1, 0);
MatrixState.rotate(xAngle, 1, 0, 0);
//若加载的物体不为空则绘制物体
if(lovo!=null)
{
lovo.drawSelf(textureId);
}
MatrixState.popMatrix();
}
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
//设置视窗大小及位置
GLES30.glViewport(0, 0, width, height);
//计算GLSurfaceView的宽高比
float ratio = (float) width / height;
//调用此方法计算产生透视投影矩阵
MatrixState.setProjectFrustum(-ratio, ratio, -1, 1, 2, 100);
//调用此方法产生摄像机9参数位置矩阵
MatrixState.setCamera(0,0,0,0f,0f,-1f,0f,1.0f,0.0f);
}
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)
{
//设置屏幕背景色RGBA
GLES30.glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
//打开深度检测
GLES30.glEnable(GLES30.GL_DEPTH_TEST);
//打开背面剪裁
GLES30.glEnable(GLES30.GL_CULL_FACE);
//初始化变换矩阵
MatrixState.setInitStack();
//初始化光源位置
MatrixState.setLightLocation(40, 10, 20);
//加载要绘制的物体
lovo=LoadUtil.loadFromFile("ch_t.obj", MySurfaceView.this.getResources(),MySurfaceView.this);
//加载纹理图
textureId=initTexture(R.drawable.ghxp);
}
}
public int initTexture(int drawableId)//textureId
{
//生成纹理ID
int[] textures = new int[1];
GLES30.glGenTextures (
1, //产生的纹理id的数量
textures, //纹理id的数组
0 //偏移量
);
int textureId=textures[0];
GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, textureId);
GLES30.glTexParameterf(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GLES30.GL_NEAREST);
GLES30.glTexParameterf(GLES30.GL_TEXTURE_2D,GLES30.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GLES30.GL_LINEAR);
GLES30.glTexParameterf(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_WRAP_S,GLES30.GL_REPEAT);
GLES30.glTexParameterf(GLES30.GL_TEXTURE_2D, GLES30.GL_TEXTURE_WRAP_T,GLES30.GL_REPEAT);
//通过输入流加载图片===============begin===================
InputStream is = this.getResources().openRawResource(drawableId);
Bitmap bitmapTmp;
try {
bitmapTmp = BitmapFactory.decodeStream(is);
}
finally {
try {
is.close();
}
catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//通过输入流加载图片===============end=====================
GLUtils.texImage2D (
GLES30.GL_TEXTURE_2D, //纹理类型
0,
GLUtils.getInternalFormat(bitmapTmp),
bitmapTmp, //纹理图像
GLUtils.getType(bitmapTmp),
0 //纹理边框尺寸
);
bitmapTmp.recycle(); //纹理加载成功后释放图片
return textureId;
}
}
onSurfaceCreated 方法的实现，其中在初始化变换矩阵后创建了 LoadedObjectVertexNormalTexture 类的对象。
3、渲染举例示例：
最后，欢迎大家一起交流学习：微信：liaosy666 ； QQ：2209115372 。
作者：SunnyLiaoSu
