Android OpenGL ES(八)----纹理编程框架

1.把纹理载入进OpenGL中

我们的第一个任务就是把一个图像文件的数据载入到一个OpenGL的纹理中。

作为開始。让我们又一次舍弃第二篇的框架。又一次创建一个程序，新建一个util工具包，在该包下创建一个新类TextureHelper，我们将以以下的方法签名開始：

public static int loadTexture(Context context,int resourceId){}

这种方法会把Android上下文。和资源ID作为输入參数，并返回载入图像的OpenGL纹理的ID。開始时，我们会使用创建其它OpenGL对象时一样的模式生成一个新的纹理ID。

final int[] textureObjectIds=new int[1];

GLES20.glGenTextures(1,textureObjectIds,0);

if(textureObjectId[0]==0){

Log.w(TAG,"创建纹理失败!");

}

通过传递1作为第一个參数调用glGenTextures(),我们就创建了一个纹理对象。OpenGL会把那个生成的ID存储在textureObjectIds中。我们也检查了glGenTextures()调用是否成功。假设结果不等于0就继续，否则记录那个错误并返回0。

由于TAG还未定义，让我们在类的顶部为它增加例如以下定义：

private static final String TAG="TextureHelper";

载入位图数据并与纹理绑定

下一步是使用Android的API读入图像文件的数据。OpenGL不能直接读取PNG或者JPEG文件的数据，由于这些文件被编码为特定的压缩格式。OpenGL须要非压缩形式的原始数据，因此。我们须要用Android内置的位图解码器把图像文件解压缩为OpenGL能理解的形式。

让我们继续实现loadTexture()，把那个图像解压缩为一个Android位图：

final BitmapFactory.Options options=new BitmapFactory.Options();

options.inScaled=false;

final Bitmap bitmap=BitmapFactory.decodeResource(context.getResource(),resourceId,options);

if(bitmap==null){

Log.w(TAG,"载入位图失败");

GLES20.glDeleteTexture(1,textureObjectIds,0);

return 0;

}

首先创建一个新的BitmapFactory.Options的实例，命名为“options”，而且设置inScaled为"false"。这告诉Android我们想要原始的图像数据。而不是这个图像的压缩版本号。

接下来调用BitmapFactory.decodeResource()做实际的解码工作，把我们刚刚定义的Android上下文，资源ID和解码的options传递进去。这个调用会把解码后的图像存入bitmap，假设失败就会返回空值。我们检查了那个失败。假设位图是空值。那个OpenGL纹理对象会被删除。

假设解码成功，就继续处理那个纹理。

在能够使用这个新生成的纹理对象做不论什么其它事之前，我们须要告诉OpenGL后面纹理的调用应该应用于这个纹理对象。我们为此使用一个glBindTexture()调用：

GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D,textureObjectIds[0]);

第一个參数GL_TEXTURE_2D告诉OpenGL这应该被作为一个二位纹理对待，第二个參数告诉OpenGL要绑定到哪个纹理对象的ID。

既然上一篇博文已经了解了纹理过滤，我们直接编写loadTexture()后面的代码：

GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D,GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GLES20.GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);

GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D,GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GLES20.GL_LINEAR);

我们用一个glTexParameteri()调用设置每一个过滤器：GL_TEXTURE_MIN_FILTER是指缩小的情况，而GL_TEXTURE_MAG_FILTER是指放大的情况。

对于缩小的情况。我们选择GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR，它告诉OpenGL使用三线性过滤；我们设置放大过滤器为GL_LINEAR。它告诉OpenGL使用双线性过滤。

载入纹理到OpenGL并返回其ID

我们如今能够用一个简单的GLUtil_texImage2D()调用载入位图数据到OpenGL里了：

GLUtil_texImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D,0,bitmap,0);

这个调用告诉OpenGL读入bitmap定义的位图数据。并把它拷贝到当前绑定的纹理对象。

既然这些数据已经被载入进OpenGL了，我们就不须要持有Android的位图了。正常情况下，释放这个位图数据也会花费Dalvik的几个垃圾回收周期，因此我们应该调用bitmap对象的recycle()方法马上释放这些数据：

bitmap.recycle();

生成MIP贴图也是一件easy的事情。我们用一个高速的glGenerateMipmap()调用告诉OpenGL生成全部必要的级别：

GLES20.glGenerateMipmap(GLES20.GL_TEXTURE_2D);

既然我们完毕了纹理对象的载入，一个非常好的实践就是解除与这个纹理的绑定，这样我们就不会用其它纹理方法调用意外地改变这个纹理：

GLES20.gl_BindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D,0);

传递0给glBindTexture()就与当前的纹理接触绑定了。

最后一步是返回纹理对象ID：

return textureObjectIds[0];

我们如今有一个方法了。它能够从资源目录读入图像文件。并把图形数据载入进OpenGL。我们也取回一个纹理ID，它可被用做这个纹理的引用，假设载入失败。我们会得到0。

以上全部方法都是TextureHelper类下loadTexture()方法里面的代码。

2.创建新的着色器集合

在把纹理绘制到屏幕之前，我们不得不创建一套新的着色器。它们能够接收纹理。并把它们应用在要绘制的片段上。这些新的着色器与我们眼下为止使用过的着色器相似，仅仅是为了支持纹理做了一些轻微的修改。

创建新的顶点着色器

在项目中res/raw/文件夹下新建一个文件，命名为“texture_vertex_shader.glsl”，并增加例如以下内容：

uniform mat4 u_Matrix;

attribute vec4 a_Position;

attribute vec2 a_TextureCoordinates;

varying vec2 v_TextureCoordinates;

void main(){

v_TextureCoordinates=a_TextureCoordinates

gl_Position=u_Matrix*a_Position;

}

这个着色器的大多数代码看上去应该都比較熟悉：我们已经为矩阵定义了一个uniform，而且也为位置定义了一个属性。我们使用这些去设置最后的gl_Position。而对于这些新的东西，我们相同给纹理坐标家了一个新的属性。它叫“a_TextureCoordinates”。由于它有两个分量：S坐标和T坐标，所以被定义为vec2。

我们把这些坐标传递给顶点着色器被插值的varying。称为v_TextureCoordinates。

创建新的片段着色器

在相同的文件夹，创建一个叫做“texture_fragment_shader.glsl”的新文件，并增加例如以下代码：

precision mediump float;

uniform sampler2D u_TextureUnit;

varying vec2 v_TextureCoordinates;

void main(){

gl_FragColor=texture2D(u_TextureUnit,v_TextureCoordinates);

}

为了把纹理绘制到一个物体上，OpenGL会为每一个片段都调用片段着色器，而且每一个调用都接受v_TextureCoordinates的纹理坐标。

片段着色器也通过uniform------u_TextureUnit接受实际的纹理数据，u_TextureUnit被定义为一个sampler2D。 这个变量类型指的是一个二维纹理数据的数组。

被插值的纹理坐标和纹理数据被传递给着色器函数texture2D（），它会读入纹理中那个特定的坐标处的颜色值。接着通过把结果赋值给gl_FragColor设置片段的颜色。

3.为顶点数据创建新的类结构

首先，我们将把顶点数据分离到不同的类中，每一个类代表一个物理对象的类型。我们将为桌子创建一个新类。并为木槌创建一个新类。由于纹理上已经有一条直线了，所以我们不须要给那个切割线创建新类。

为了降低反复。我们会创建独立的类。用于封装实际的顶点数组。新的类结构看上去例如以下图所看到的：

我们会创建Mallet类管理木槌的数据，以及Table管理桌子的数据；而且每一个类都会有一个VertexArray类的实例，它用来封装存储顶点矩阵的FloatBuffer。

我们将从VertexArray类開始。

在你的项目中创建一个新的包，命名为data，并在那个包中创建一个新类，命名为VertexArray，代码例如以下：

private final FloatBuffer floatBuffer;

public VertexArray(float[] vertexData){

this.floatBuffer=ByteBuffer.allocateDirect(VertexData.length*BYTES_PER_FLOAT)

.order(ByteOrder.nativeOrder())

.asFloatBuffer()

.put(vertexData);

}

public void setVertexAttribPointer(int dataOffset,int attributeLocation,int compontCount,int stride){

this.floatBuffer.position(dataOffset);

GLES20.glVertexAttribPointer(attributeLocation,compontCount,GLES20.GL_FLOAT,false,stride,this.floatBuffer);

GLES20.glEnableVertexAttribArray(attributeLocation);

this.floatBuffer.position(0);

}

这段代码包括一个FloatBuffer,如第二篇博文解释的，它是用来在本地代码中存储顶点矩阵数据的。这个构建器取用一个Java的浮点数组，并把它写进这个缓冲区。

我们也创建一个通用的方法把着色器中的属性与这些数据关联起来。它遵循我们在第三篇博文中解释过的相同的模式。

由于我们终于要在几个类中都使用BYTES_PER_FLOAT，我们须要给它找个新的地方。要做到这点。我们要在data包中创建一个名为Constans的新类，并增加例如以下代码：

public Class Constants{

public static final int BYTES_PER_FLOAT=4;

}

增加桌子数据

如今我们将定义一个存储桌子数据的类，这个类会存储桌子的位置数据；我们还会增加纹理坐标。并把这个纹理应用于这个桌子。

加入类常量，创建一个包，名为object。在这个包中，创建名为Table的新类，并在类的内部加入例如以下代码：

private static final int POSITION_COMPONENT_COUNT=2;

private static final int TEXTURE_COORDINATES_COMPONENT_COUNT=2;

private static final int STRIDE=(POSITION_COMPONENT_COUNT+TEXTURE_COORDINATES_COMPONENT_COUNT)*Constans.BYTES_PER_FLOAT;

如你所见，我们定义了位置分量计数。纹理坐标分量计数以及跨距。

加入顶点数据，例如以下代码定义顶点数据：

private static final float[] VERTEX_DATA={

//X,Y,S,T

0f,0f,0.5f,0.5f,

-0.5f,-0.8f,0f,0.9f,

0.5f,-0.8f,1f,0.9f,

0.5f,0.8f,1f,0.1f,

-0.5f,0.8f,0f,0.1f,

-0.5f,-0.8f,0f,0.9f

}

这个数组包括了空气曲棍球桌子的顶点数据。

我们也定义了X和Y的位置。以及S和T纹理坐标。你可能注意到了那个T分量正是按那个Y分量相反的方向定义的。

之所以会这样，如我们上篇博文解释的。图像的朝向是右边向上的。当我们使用一个对称的纹理坐标时。这一点实际上没有关系，可是在其它情况下，这就有问题了。因此一定要记住这个原则。

剪裁纹理

我们还使用了0.1f和0.9f作为T坐标。为什么？这个桌子是1个单位宽，1.6个单位高，而纹理图像是512*1024像素，因此，假设它的宽度相应1个单位，那纹理的高实际就是2个单位。为了避免把纹理压扁，我们使用乏味0.1到0.9剪裁它的边缘。而不是用0.0到1.0，而且仅仅画它的中间部分。

即使不使用剪裁，我们还能够坚持使用从0.0到1.0的纹理坐标。把这个纹理预拉伸，这样被压扁到空气曲棍球桌子之后，它看去就是正确的了。

採用这样的方法，那些无法显示的纹理部分就不会占用不论什么内存了。

初始化和绘制数据

如今为 Table类创建一个构造函数。这个构造函数会使用VertexArray把数据拷贝到本地内存中的一个FloatBuffer。

private final VertexArray vertexArray;

public Table(){

this.vertexArray=new VertexArray(VERTEX_DATA);

}

加入一个方法把顶点数组绑定到一个着色器程序上：

public void bindData(TextureShaderProgram textureProgram){

this.vertexArray.setVertexAttribPointer(

0,

textureProgram.getPositionLocation(),

POSITION_COMPONENT_COUNT,

STRIDE);

this.vertexArray.setVertexAttribPointer(

POSITION_COMPONENT_COUNT,

textureProgram.getTextureLocation(),

TEXTURE_COORDINATES_COMPONENT_COUNT,

STRIDE);

}

这种方法为每一个顶点调用了setVertexAttribPointer(),并从着色器程序获取每一个属性的位置。它通过调用getPositionLocation()把位置绑定到被引用的着色器属性上，并通过getTextureLocation()把纹理坐标绑定到被引用的着色器属性上。当我们创建着色器的类时，会定义这些方法。

我们仅仅需增加最后一个方法就能够画出这张桌子了：

public void draw(){

GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN,0,6);

}

增加木槌数据

在同一个包中创建还有一个类。命名为“Mallet”。

在这个类中增加例如以下代码：

private static final int POSITION_COMPONENT_COUNT=2;

private static final int COLOR_COMPONENT_COUNT=3;

private static final int STRIDE=(POSITION_COMPONENT_COUNT+COLOR_COMPONENT_COUNT)*Constans.BYTES_PER_FLOAT;

private static final float[] VERTEX_DATA={

0f,-0.4f,0f,0f,1f,

0f,0.4f,1f,0f,0f

}

private final VertexArray vertexArray;

public Mallet(){

this.vertexArray=new VertexArray(VERTEX_DATA);

}

public void bindData(ColorShaderProgram colorProgram){

this.vertexArray.setVertexAttribPointer(

0,

colorProgram.getPositionLocation(),

POSITION_COMPONENT_COUNT,

STRIDE);

this.vertexArray.setVertexAttribPointer(

POSITION_COMPONENT_COUNT,

colorProgram.getColorLocation(),

COLOR_COMPONENT_COUNT,

STRIDE);

}

public void draw(){

GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_POINTS,0,2);

}

它遵循与Table类一样的模式。与之前一样，我们还是把木槌画为点。

顶点数据如今被定义好了：我们有一个类表示桌子数据，还有一个类表示木槌数据，第三个类使得更easy管理顶点数据本身。下一步是为着色器程序定义类。

4.为着色器程序加入类

我们会为纹理着色器创建一个类。并颜色器程序创建还有一个类：我们会用纹理着色器绘制桌子。用颜色着色器绘制木槌。

我们也会创建一个基类作为它们的公共函数。

我们不用再操心那条直线，由于它是纹理的一部分。

我们開始给ShaderHelper增加一个辅助函数。打开博文第三篇的类，在其尾部增加例如以下方法：

public static int buildProgram(String vertexShaderSource,String fragmentShaderSource){

int program;

int vertexShader=compileVertexShader(vertexShaderSource);

int fragmentShader=compileFragmentShader(fragmentShaderSource);

program=linkProgram(vertexShader,fragmentShader);

validateProgram(program);

return program;

}

这个辅助函数会编译vertexShaderSource和fragmentShaderSource定义的着色器。并把它们链接在一起成为一个程序。我们会使用这个辅助函数组成我们的基类。

创建一个名为programs的包，并在包中创建一个名为ShaderProgram的新类，增加例如以下代码：

protected static final String U_MATRIX="u_Matrix";

protected static final StringU_TEXTURE_UNIT="u_TextureUnit";

protected static final StringA_POSITION="a_Position";

protected static final StringA_COLOR="a_Color";

protected static final StringA_TEXTURE_COORDINATES="a_TextureCoordinates";

protected final int program;

protected ShaderProgram(Context context,int vertexShaderResourceId,int fragmentShaderReourceId){

this.program=ShaderHelper.buildProgram(

TextResourceReader.readTextFileFromResource(context,vertexShaderResourceId),

TextResourceReader.readTextFileFromResource(context,fragmentShaderReourceId));

}

public void useProgram(){

GLES20.glUseProgram();

}

我们通过定义一些公用的常量作为这个类的開始，在构造函数中，我们调用刚刚定义过的辅助函数。其使用是指定的着色器构建了一个OpenGL着色器程序。我们用useProgram()作为结束，其调用glUseProgram()告诉OpenGL接下来的渲染要使用这个程序。

增加纹理着色器程序

我们如今将定义一个类来建立和表示纹理着色器程序。

创建一个名为TextureShaderProgram的新类。其继承自ShaderProgram。并在该类内部增加例如以下代码：

private final int uMatrixLocation;

private final int uTextureUnitLocation;

private final int aPositionLocation;

private final int aTextureCoordinatesLocation;

我们增加了四个整型用来保存那些uniform和属性的位置。

下一步是初始化着色器程序。创建用于初始化着色器程序的构造函数，代码例如以下：

public TextureShaderProgram(Context context){

super(context,R.raw.texture_vertex_shader,R.raw.texture_fragment_shader);

this.uMatrixLocation=GLES20.glGetUniformLocation(program,U_MATRIX);

this.uTextureUnitLocation=GLES20.glGetUniformLocation(program,U_TEXTURE_UNIT);

this.aPositionLocation=GLES20.glGetAttribLocation(program,A_POSITION);

this.aTextureCoordinatesLocation=GLES20.glGetAttribLocation(program,A_TEXTURE_COORDINATES);

}

这个构造函数会用我们选择的资源调用其父类的构造函数，其父类会构造着色器程序。我们读入并保存那些uniform和属性的位置。

设置uniform并返回属性的位置

传递矩阵和纹理给它们的uniform。增加例如以下代码：

public void setUniforms(float[] matrix,int textureId){

GLES20.glUniformMatrix4fv(this.uMatrixLocation,1,false,matrix,0);

GLES20.glActiveTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D);

GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D,textureId);

GLES20.glUniformli(this.uTextureUnitLocation,0);

}

第一步是传递矩阵给它的uniform，这足够简单明了。下一部分就是须要很多其它的解释了。

当我们在OpenGL里使用纹理进行绘制时，我们不须要直接给着色器传递纹理。

相反，我们使用纹理单元保存那个纹理。之所以这样做。是由于一个GPU仅仅能同一时候绘制数量有限的纹理。

它使用这些纹理表示当前正在被绘制的活动的纹理。

假设须要切换纹理，我们能够在纹理单元中来回切换纹理，可是，假设我们切换得太频繁，可能会渲染的速度。也能够同一时候用几个纹理单元绘制多个纹理。

通过调用glActiveTexture()把活动的纹理单元设置成为纹理单元0，我们以此開始。然后通过调用glBindTexture（）把这个纹理绑定到这个单元。接着，通过调用glUniformli（）把被选定的纹理单元传递给片段着色器中的u_TextureUnit。

我们差点儿已经完毕了这个纹理器类；仅仅须要一种方法来获取属性的位置，以便能够把它们绑定到正确的顶点数组数据矩阵。

增加例如以下代码完毕这个类：

public int getPositionLocation(){

return this.aPositionLocation;

}

public int getTextureLocation(){

return this.aTextureCoordinatesLocation;

}

增加颜色着色器程序

在同一个包中创建还有一个类，命名为ColorShaderProgram。这个类应该也继承自ShaderProgram。它也遵循与TextureShaderProgram一样的模式：有一个构造函数，一个设置uniform的方法和获取属性位置的方法。在此类内部增加例如以下代码：

private final int uMatrixLocation;

private final int aPositionLocation;

private final int aColorLocation;

public ColorShaderProgram(Context context){

super(context,R.raw.simple_vertex_shader,R.raw.simple_fragment_shader);

this.uMatrixLocation=GLES20.glGetUniformLocation(program,U_MATRIX);

this.aPositionLocation=GLES20.glGetAttribLocation(program,A_POSITION);

this.aColorLocation=GLES20.glGetAttribLocation(program,A_COLOR);

}

public void setUniform(float[] matrix){

GLES20.glUniformMatrix4fv(this.uMatrixLocation,1,false,matrix,0);

}

public int getPositionLocation(){

return this.aPositionLocation;

}

public int getColorLocation(){

return this.aColorLocation;

}

我们会使用这个项目绘制木槌。

通过把这些着色器程序与这些程序要绘制的数据进行解耦，就非常easy重用这些代码了。比方，我们能够通过这个颜色着色器程序用一种颜色属性绘制不论什么物体。而不不过木槌。

5.绘制纹理

既然我们已经把顶点数据和着色器程序分别放于不同的类中了，如今就能够更新渲染类，使用纹理进行绘制了。打开LYJRenderer。删掉全部第三篇该类以下的代码。仅仅保留onSurfaceChanged()，这是我们唯一不会改变的。

增加例如以下成员变量和构造函数：

private final Context context;

private final float[] projectionMatrix=new float[16];

private final float[] modelMatrix=new float[16];

private Table table;

private Mallet mallet;

private TextureShaderProgram textureProgram;

private ColorShaderProgram colorProgram;

private int texture;

public LYJRenderer(Context context){

this.context=context

}

我们仅仅保留上下文和矩阵的变量。并加入了顶点数组。着色器程序和纹理的变量。这个构造函数被简化为仅仅保存一个Android上下文的引用。

初始化变量

在onSurfaceCreated()增加初始化这些变量：

GLES20.glClearColor(0.0f,0.f,0.0f,0.0f);

this.table=new Table();

this.mallet=new Mallet();

this.textureProgram=new TextureShaderProgram(context);

this.colorProgram=new ColorShaderProgram (context);

this.texture=TextureHelper.loadTexture(Context,R.drawable.air_hockey_surface);

我们把清屏颜色设置为黑色。初始化顶点数组和着色器程序。

并用本篇博文的第一个小标题的函数载入纹理。

使用纹理进行绘制

不再赘述onSurfaceChanged()。由于它保持不变的。增加例如以下代码到onDrawFrame()绘制桌子和木槌：

GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);

this.textureProgram.useProgram();

this.textureProgram.setUniforms(this.projectionMatrix,this.texture);

this.table.bindData(this.textureProgram);

this.table.draw();

this.colorProgram.useProgram();

this.colorProgram.setUniforms(this.projectionMatrix);

this.mallet.bindData(this.colorProgram);

this.mallet.draw();

我们清空了渲染表面，接下来，我们做的第一件事是绘制桌子。我们首先调用this.textureProgram.useProgram();告诉OpenGL使用这个程序，然后通过调用this.textureProgram.setUniforms(this.projectionMatrix,this.texture);把那些uniform传递进来。下一步是通过调用this.table.bindData(this.textureProgram);把顶点数组数据和着色器程序定起来。最后调用this.table.draw();绘制桌子。

我们反复相同的调用顺序，用颜色着色器程序绘制了木槌。

源码地址：http://download.csdn.net/detail/liyuanjinglyj/8848105

程序执行后的效果图例如以下图所看到的：