在Android中使用OpenGL ES进行开发第（二）节：定义图形

一、前期基础知识储备
笔者计划写三篇文章来详细分析OpenGL ES基础的同时也是入门关键的三个点：

①OpenGL ES是什么？与OpenGL的关系是什么？——概念部分

②使用OpenGLES绘制2D/3D图形的第一步：定义图形；——运用部分

③使用OpenGL ES绘制出②步骤中定义好的图形：——运用部分，难点所在

通过这三篇文章的分析，就像给万丈高楼垫定了基石，万丈高楼平地起，后面利用OpenGLES做各种效果，各种变换都是建立在这三步的图形编程理解之上的。

在前面的一篇文章《在Android中使用OpenGL ES进行开发第（一）课：概念先行》中，笔者详细的分析了OpenGL ES2.0的一些相关概念，并且简单的实现了一个OpenGL ES绘制的过程，那么今天本节文章的分析就在前文的基础上，继续分析使用OpenGL ES2.0进行图形绘制入门的第二个关键点——图形的定义。

（1）为什么要定义图形？

这个问题问的好，OpenGL ES2.0是OpenGL的子集，而OpenGL是用来绘制图形的API，那么OpenGL ES2.0也肯定是用来绘制图形的，只不过绘制的场景放在了Android中。不管是二维的简单图形还是复杂的三维图像，其基本组成都是简单的图形。如同学习绘制自定义 View 一样，定义图形的形状是实现各种复杂的图形的基础。

（2）我们可以定义什么样的图形？

在 OpenGL 的世界里，我们只能画点、线、三角形，复杂的图形都是由三角形构成的。

点和直线可以用于某些效果，但是只有三角形才能用来构建拥有复杂的对象和纹理的场景。在OpenGL里，我们把单独的点放在一个组里用于构建三角形，再告诉OpenGL如何连接这些点。

（3）定义图形的步骤——核心重点

①定义三角形顶点的坐标数据的浮点型缓冲区FloatBuffer；

②创建一个数组triangleCoords[]，里面定义三角形三个顶点的坐标；

③定义一个构造器，里面实现三个逻辑：

1）初始化形状中顶点坐标数据的字节缓冲区ByteBuffer；

2）从 ByteBuffer 中获得一个基本类型缓冲区即浮点缓冲区FloatBuffer；

3）把坐标数组triangleCoords[]放入到FloatBuffer中，并定义读取顺序；

二、上代码，具体实现，以三角形的绘制为例
首先我们新建一个三角形类(public class Triangle {})，然后按照上文中提到的四个步骤，来具体看一下代码：

第一步：定义三角形顶点的坐标数据的浮点型缓冲区FloatBuffer；

// 为顶点坐标创建一个浮点型缓冲区
private FloatBuffer vertexBuffer;
顶点坐标我们一般是用float类型的数据指定，所以这里指定一个浮点型缓冲区。

第二步：创建一个数组triangleCoords[]，里面定义三角形三个顶点的坐标；

// 坐标数组中的顶点坐标个数
static final int COORDINATES_PRE_VERTEX = 3;
// 以逆时针顺序，分别指定坐标顶点坐标，
// 每个顶点需要指定三个坐标，分别是X、Y、Z坐标轴方向的数据;
// OpenGL 只会渲染坐标值范围在 [-1, 1] 的内容
static float triangleCoords[] = {
0.0f, 1.0f, 0.0f, // top 屏幕顶端中心点
-1.0f, -1.0f, 0.0f, // bottom left 屏幕底部左下角
1.0f, -1.0f, 0.0f // bottom right 屏幕底部右下角
//以上坐标z都为0 创建一个平面的三角形
};
这里，我们需要分别定义三个顶点的坐标，每个坐标需要指定三个三个参数，分别对应XYZ坐标轴方向的数据。

注意：当我们绘制三角形时总是以逆时针的顺序排列顶点；这称为“卷曲顺序”。因为在任何地方都使用这种一致的卷曲顺序，可以优化性能：使用卷曲顺序可以指出一个三角形属于任何给定物体的前面或者后面，OpenGL可以忽略那些无论如何都无法被看到的后面的三角形。

更多OpenGl ES2.0顶点坐标的精彩内容，

建议参考《Android OpenGl ES2.0编程_相关概念与绘制顶点》

第三步：构造器内的三重逻辑：

难点：我们已经完成了顶点的定义，但是，在OpenGL可以存取它们之前，我们仍然需要完成另一步。主要的问题是这些代码运行的环境与OpenGL运行的环境使用不同的语言。运行在Dalvik虚拟机上的代码不能直接访问本地环境，而OpenGL作为本地系统又是直接运行在硬件上的；所以这时我们需要使用Java一个特殊的缓冲区类集合，它可以分配本地内存块，并且把Java的数据复制到本地内存。本地内存就可以被本地环境存取，而且不受垃圾回收器的管控。

1）初始化形状中顶点坐标数据的字节缓冲区ByteBuffer；

// 初始化形状中顶点坐标数据的字节缓冲区
// 通过 ByteBuffer的allocateDirect()方法获取到 ByteBuffer 实例
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(
// 顶点坐标个数 * 坐标数据类型 float 一个是 4 bytes
triangleCoords.length * 4
);
2）从 ByteBuffer 中获得一个基本类型缓冲区即浮点缓冲区FloatBuffer；

// 因为 ByteBuffer 是将数据移进移出通道的唯一方式使用，
// 这里使用 “as” 方法从 ByteBuffer字节缓冲区中获得一个基本类型缓冲区即浮点缓冲区FloatBuffer
vertexBuffer = byteBuffer.asFloatBuffer();
3）把坐标数组triangleCoords[]放入到FloatBuffer中，并定义读取顺序；

// 把顶点坐标信息数组triangleCoords[]存储到 FloatBuffer
vertexBuffer.put(triangleCoords);
// 设置从缓冲区的第一个位置开始读取顶点坐标信息
vertexBuffer.position(0);
本节完整的代码如下：

public class Triangle {

/**
* 定义三角形顶点的坐标数据的浮点型缓冲区
*/
private FloatBuffer vertexBuffer;

// 坐标数组中的顶点坐标个数
static final int COORDINATES_PRE_VERTEX = 3;
static float triangleCoords[] = { // 以逆时针顺序;
0.0f, 1.0f, 0.0f, // top
-1.0f, -1.0f, 0.0f, // bottom left
1.0f, -1.0f, 0.0f // bottom right
};

// Set color with red, green, blue and alpha (opacity) values
float color[] = { 0.63671875f, 0.76953125f, 0.22265625f, 1.0f };

public Triangle(){
// 初始化形状中顶点坐标数据的字节缓冲区
// 通过 allocateDirect 方法获取到 DirectByteBuffer 实例
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(
// 顶点坐标个数 * 坐标数据类型 float 一个是 4 bytes
triangleCoords.length * 4
);

// 设置缓冲区使用设备硬件的原本字节顺序进行读取;
byteBuffer.order(ByteOrder.nativeOrder());
// ByteBuffer 是将数据移进移出通道的唯一方式，这里使用 “as” 方法从 ByteBuffer 中获得一个基本类型缓冲区
vertexBuffer = byteBuffer.asFloatBuffer();
// 把顶点坐标信息数组存储到 FloatBuffer
vertexBuffer.put(triangleCoords);
// 设置从缓冲区的第一个位置开始读取顶点坐标信息
vertexBuffer.position(0);
}
}
三、上文字，具体解析代码中的ByteBuffer

（1）ByteBuffer是什么？

缓冲区(Buffer)，缓冲区(Buffer)就是在内存中预留指定大小的存储空间用来对输入/输出(I/O)的数据作临时存储，这部分预留的内存空间就叫做缓冲区。

在Java NIO（网络接口对象）中，缓冲区的作用也是用来临时存储数据，可以理解为是I/O操作中数据的中转站。缓冲区直接为信道(Channel)服务，写入数据到通道或从通道读取数据，这样的操利用缓冲区数据来传递就可以达到对数据高效处理的目的。在NIO中主要有八种缓冲区类

可能读者会有疑问？那为什么上面的代码中要出现两种缓冲区——FloatBuffer和ByteBufer，他们之间的关系是什么？——读者需记住：

①缓冲区是定长的，基本上它只是一个列表，它的所有元素都是基本数据类型，比如本例中的图形顶点坐标就是浮点型的数据，所以用浮点型缓冲区存储浮点型的数据；

②缓冲区的存在是为信道(Channel)服务的，而信道的读写方法只接收 ByteBuffer，即只有ByteBuffer这种类型的缓冲区可以将数据移进和移出信道，所以所有的数据类型需要通过ByteBuffer作为中转，利用ByteBuffer读写其他数据类型。

（2）ByteBuffer的实例方法

ByteBuffer有四种实例化方法，本例中使用了其中的一种——allocateDirect()。

①allocate(int capacity)：从堆空间中分配一个容量大小为capacity的byte数组作为缓冲区的byte数据存储器；

②allocateDirect(int capacity)：通过操作系统来创建内存块用作缓冲区，而不在JVM堆栈中；

③wrap(byte[] array)：这个缓冲区的数据会存放在byte数组中；

④wrap(byte[] array,int offset, int length)：在上一个方法的基础上可以指定偏移量和长度；

更多精彩ByteBuffer的精彩讲解，建议读者参考：《ByteBuffer常用方法详解》

总结：本节中，主要分析了如何定义好三角形的顶点坐标，需要做哪些事，关键的ByteBuffer如何理解，细心的读者可能会发现，我们这里只是定义好了三角形的顶点坐标，换句话说就是定义好了这个图形，并没有实际的绘制出来，整篇文章的代码中都没有出现draw()方法，那么绘制图形就无从谈起。