OpenGL ES -＞ 投影变换矩阵完美解决绘制GLSurfaceView绘制图形拉伸问题

GLSurfaceView绘制图形拉伸问题

• 假如在XML文件中声明GLSurfaceView的宽高为
  • android:layout_width="match_parent"
  • android:layout_height="match_parent
• GLSurfaceView绘制的图形在Open GL ES坐标系中，而Open GL ES坐标系会根据GLSurfaceView的宽高将绘制的图形拉伸，比如绘制一个正方形，有可能绘制成矩形，解决方案：
• Matrix.frustumM透视投影解决
• Matrix.orthoM正交投影解决

// 透视投影矩阵
public static void frustumM(float[] m, int offset,float left, float right, float bottom, float top,float near, float far) {}// 正交投影矩阵
public static void orthoM(float[] m, int mOffset,float left, float right, float bottom, float top,float near, float far) {}

OpenGL ES坐标系

XML文件

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<com.example.myapplication.MyGLSurfaceViewxmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent" />

绘制拉伸正方形

自定义GLSurfaceView代码

class MyGLSurfaceView(context: Context, attrs: AttributeSet) : GLSurfaceView(context, attrs) {private var mRenderer = MyGLRenderer()init {// 设置 OpenGL ES 3.0 版本setEGLContextClientVersion(3)setRenderer(mRenderer)// 设置渲染模式, 仅在需要重新绘制时才进行渲染，以节省资源renderMode = RENDERMODE_WHEN_DIRTY}
}

自定义GLSurfaceView.Renderer代码

class MyGLRenderer : GLSurfaceView.Renderer {private var mDrawData: DrawData? = nulloverride fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {// 当 Surface 创建时调用, 进行 OpenGL ES 环境的初始化操作, 设置清屏颜色为青蓝色 (Red=0, Green=0.5, Blue=0.5, Alpha=1)GLES30.glClearColor(0.0f, 0.5f, 0.5f, 1.0f)mDrawData = DrawData().apply {initVertexBuffer()initShader()}}override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {// 当 Surface 尺寸发生变化时调用，例如设备的屏幕方向发生改变, 设置视口为新的尺寸，视口是指渲染区域的大小GLES30.glViewport(0, 0, width, height)}override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {// 每一帧绘制时调用, 清除颜色缓冲区GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT)mDrawData?.drawSomething()}
}

GLSurfaceView需要的绘制数据

class DrawData{var mProgram : Int = -1var NO_OFFSET = 0var VERTEX_POS_DATA_SIZE = 3// 1. 准备正方形的顶点数据Float数组, 分配顶点数据Float数组的直接内存val vertex = floatArrayOf(-0.5f,  0.5f, 0.0f, // 左上-0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下0.5f, 0.5f, 0.0f, // 右上0.5f, -0.5f, 0.0f, // 右下)val vertexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertex.size * 4) // 分配直接内存.order(ByteOrder.nativeOrder()) // 使用小端, 即低地址存放低位数据, 高地址存放高位数据.asFloatBuffer()// 2. 创建顶点缓冲区对象(Vertex Buffer Object, VBO), 并上传顶点数据到缓冲区对象中fun initVertexBuffer(){vertexBuffer.put(vertex) // 将顶点数据放入 FloatBuffervertexBuffer.position(0) // 在将数据放入缓冲区后，位置指针会指向缓冲区的末尾。重置位置指针为 0，使得在后续操作中可以从缓冲区的开始位置读取数据val vbo = IntArray(1)GLES30.glGenBuffers(1, vbo, 0) // 生成一个缓冲区对象ID，并存储在数组 vbo 中，存放位置为0GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vbo[0]) // 绑定生成的顶点缓冲区对象，使其成为当前缓冲区操作的目标GLES30.glBufferData(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER,vertex.size * 4, // 数据总字节数 = 顶点数 * Float占4字节vertexBuffer,GLES30.GL_STATIC_DRAW)}fun initShader()  {val vertexShaderCode = """#version 300 eslayout (location = 0) in vec4 aPosition;void main() {gl_Position = aPosition;}""".trimIndent()         // 顶点着色器代码val fragmentShaderCode = """#version 300 esprecision mediump float;uniform vec4 vColor;out vec4 fragColor;void main() {fragColor = vColor;}""".trimIndent()         // 片段着色器代码// 3. 加载顶点着色器和片段着色器, 并创建着色器程序val vertexShader = LoadShaderUtil.loadShader(GLES30.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode)val fragmentShader = LoadShaderUtil.loadShader(GLES30.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)mProgram = GLES30.glCreateProgram()GLES30.glAttachShader(mProgram, vertexShader)GLES30.glAttachShader(mProgram, fragmentShader)GLES30.glLinkProgram(mProgram)GLES30.glUseProgram(mProgram)}// 4. 使用着色器程序绘制图形fun drawSomething(){// 5. 获取顶点数据的位置, 并使用该位置的数据val positionHandle = GLES30.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition")GLES30.glEnableVertexAttribArray(positionHandle)GLES30.glVertexAttribPointer(positionHandle, VERTEX_POS_DATA_SIZE, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, 0)// 6. 设置片段着色器的颜色val colorHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor")GLES30.glUniform4f(colorHandle, 1.0f, 0.5f, 0.5f, 1.0f) // 红色// 7. 绘制正方形GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, NO_OFFSET, vertex.size / VERTEX_POS_DATA_SIZE)GLES30.glDisableVertexAttribArray(positionHandle)}
}object LoadShaderUtil{// 创建着色器对象fun loadShader(type: Int, source: String): Int {val shader = GLES30.glCreateShader(type)GLES30.glShaderSource(shader, source)GLES30.glCompileShader(shader)return shader}
}

效果图

透视投影绘制不拉伸的正方形

透视投影PerspectiveProjection

自定义GLSurfaceView代码

class MyGLSurfaceView(context: Context, attrs: AttributeSet) : GLSurfaceView(context, attrs) {private var mRenderer = MyGLRenderer()init {// 设置 OpenGL ES 3.0 版本setEGLContextClientVersion(3)setRenderer(mRenderer)// 设置渲染模式, 仅在需要重新绘制时才进行渲染，以节省资源renderMode = RENDERMODE_WHEN_DIRTY}
}

自定义GLSurfaceView.Renderer代码

class MyGLRenderer : GLSurfaceView.Renderer {private var mDrawData: DrawDataWithPerspectiveProjection? = nulloverride fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {// 当 Surface 创建时调用, 进行 OpenGL ES 环境的初始化操作, 设置清屏颜色为青蓝色 (Red=0, Green=0.5, Blue=0.5, Alpha=1)GLES30.glClearColor(0.0f, 0.5f, 0.5f, 1.0f)mDrawData = DrawDataWithPerspectiveProjection().apply {initVertexBuffer()initShader()}}override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {// 当 Surface 尺寸发生变化时调用，例如设备的屏幕方向发生改变, 设置视口为新的尺寸，视口是指渲染区域的大小GLES30.glViewport(0, 0, width, height)mDrawData?.computeMVPMatrix(width.toFloat(), height.toFloat())}override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {// 每一帧绘制时调用, 清除颜色缓冲区GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT)mDrawData?.drawSomething()}
}

GLSurfaceView需要的绘制数据

class DrawDataWithPerspectiveProjection {var mProgram : Int = -1var NO_OFFSET = 0var VERTEX_POS_DATA_SIZE = 3// 1. 准备正方形的顶点数据Float数组, 分配顶点数据Float数组的直接内存val vertex = floatArrayOf(-0.5f,  0.5f, 0.0f, // 左上-0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下0.5f, 0.5f, 0.0f, // 右上0.5f, -0.5f, 0.0f, // 右下)val vertexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertex.size * 4) // 分配直接内存.order(ByteOrder.nativeOrder()) // 使用小端, 即低地址存放低位数据, 高地址存放高位数据.asFloatBuffer()// 2. 创建顶点缓冲区对象(Vertex Buffer Object, VBO), 并上传顶点数据到缓冲区对象中fun initVertexBuffer(){vertexBuffer.put(vertex) // 将顶点数据放入 FloatBuffervertexBuffer.position(0) // 在将数据放入缓冲区后，位置指针会指向缓冲区的末尾。重置位置指针为 0，使得在后续操作中可以从缓冲区的开始位置读取数据val vbo = IntArray(1)GLES30.glGenBuffers(1, vbo, 0) // 生成一个缓冲区对象ID，并存储在数组 vbo 中，存放位置为0GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vbo[0]) // 绑定生成的顶点缓冲区对象，使其成为当前缓冲区操作的目标GLES30.glBufferData(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER,vertex.size * 4, // 数据总字节数 = 顶点数 * Float占4字节vertexBuffer,GLES30.GL_STATIC_DRAW)}fun initShader()  {val vertexMapShaderCode = """#version 300 esuniform mat4 uMVPMatrix;layout (location = 0) in vec4 aPosition;void main() {gl_Position = uMVPMatrix * aPosition;}""".trimIndent()val fragmentShaderCode = """#version 300 esprecision mediump float;uniform vec4 vColor;out vec4 fragColor;void main() {fragColor = vColor;}""".trimIndent()         // 片段着色器代码// 3. 加载顶点着色器和片段着色器, 并创建着色器程序val vertexShader = LoadShaderUtil.loadShader(GLES30.GL_VERTEX_SHADER, vertexMapShaderCode)val fragmentShader = LoadShaderUtil.loadShader(GLES30.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)mProgram = GLES30.glCreateProgram()GLES30.glAttachShader(mProgram, vertexShader)GLES30.glAttachShader(mProgram, fragmentShader)GLES30.glLinkProgram(mProgram)GLES30.glUseProgram(mProgram)}// 4. 使用着色器程序绘制图形fun drawSomething(){// 新增矩阵传递代码val matrixHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix")GLES30.glUniformMatrix4fv(matrixHandle, 1, false, mMVPMatrix, 0)// 5. 获取顶点数据的位置, 并使用该位置的数据val positionHandle = GLES30.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition")GLES30.glEnableVertexAttribArray(positionHandle)GLES30.glVertexAttribPointer(positionHandle, VERTEX_POS_DATA_SIZE, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, 0)// 6. 设置片段着色器的颜色val colorHandle = GLES30.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor")GLES30.glUniform4f(colorHandle, 1.0f, 0.5f, 0.5f, 1.0f) // 红色// 7. 绘制正方形GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, NO_OFFSET, vertex.size / VERTEX_POS_DATA_SIZE)GLES30.glDisableVertexAttribArray(positionHandle)}// 最终变化矩阵private val mMVPMatrix = FloatArray(16)// 投影矩阵private val mProjectionMatrix = FloatArray(16)// 相机矩阵private val mViewMatrix = FloatArray(16)private var mViewPortRatio = 1ffun computeMVPMatrix(width: Float, height: Float) {// 1. 设置透视投影矩阵，为了让近平面宽高比与屏幕宽高比一致takeIf { width > height }?.let {mViewPortRatio = width / heightMatrix.frustumM(mProjectionMatrix, // 透视投影矩阵NO_OFFSET, // 偏移量-mViewPortRatio, // 近平面的坐标系左边界mViewPortRatio, // 近平面的坐标系右边界-1f, // 近平面的坐标系的下边界1f, // 近平面坐标系的上边界1f, // 近平面距离相机距离2f // 远平面距离相机距离)} ?: run {mViewPortRatio = height / widthMatrix.frustumM(mProjectionMatrix, // 透视投影矩阵NO_OFFSET, // 偏移量-1f, // 近平面坐标系左边界1f, // 近平面坐标系右边界-mViewPortRatio, // 近平面坐标系下边界mViewPortRatio, // 近平面坐标系上边界1f, // 近平面距离相机距离2f // 远平面距离相机距离)}// 2. 设置相机矩阵// 相机位置(0f, 0f, 1f)// 物体位置(0f, 0f, 0f)// 相机方向(0f, 1f, 0f)Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, // 相机矩阵NO_OFFSET, // 偏移量0f, // 相机位置x0f, // 相机位置y1f, // 相机位置z0f, // 物体位置x0f, // 物体位置y0f, // 物体位置z0f, // 相机上方向x1f, // 相机上方向y0f // 相机上方向z)// 3. 设置最终变化矩阵Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, // 最终变化矩阵NO_OFFSET, // 偏移量mProjectionMatrix, // 投影矩阵NO_OFFSET, // 投影矩阵偏移量mViewMatrix, // 相机矩阵NO_OFFSET // 相机矩阵偏移量)}
}

效果图