Intel 的 Multi-OS Engine - OpenGL 示例

GLKViewController

GLKViewController 类提供了所有标准的视图控制器功能，但还实现了 OpenGL ES 渲染循环。一个GLKViewController 对象与一个GLKView 对象协同工作，以在视图中显示动画帧。

GLKView

package com.intel.inde.moe.samples.openglbox.android;

class OpenGLBoxActivity extends Activity
class SurfaceView extends GLSurfaceView
class BoxRenderer implements GLSurfaceView.Renderer
class ShaderProgram extends ShaderProgramBase

Android 框架中有两个基本类可以让您使用 OpenGL ES API 创建和操作图形：GLSurfaceView 和 GLSurfaceView.Renderer。要在 Android 应用程序中使用 OpenGL，需要了解如何在 Activity 中实现这些类。

GLSurfaceView

此类是一个View，您可以在其中使用 OpenGL API 调用绘制和操作对象，其功能类似于 SurfaceView。您可以通过创建 GLSurfaceView 实例并向其添加 Renderer 来使用此类。但是，如果您想捕获触摸屏事件，则应扩展 GLSurfaceView 类来实现响应触摸事件的触摸监听器 监听触摸事件。

GLSurfaceView.Renderer

此接口定义了在 GLSurfaceView 中绘制图形所需的方法。您必须将此接口的实现提供为一个单独的类，并使用 GLSurfaceView.setRenderer() 将其附加到您的 GLSurfaceView 实例。

通用代码

OpenGL 代码在两个平台上的代码相似。这使我们能够将接口甚至抽象类提取到项目的公共部分。例如，处理着色器的类必须继承抽象基类 `ShaderProgramBase`

package com.intel.inde.moe.samples.openglbox.common;

public abstract class ShaderProgramBase {

    protected static int INVALID_VALUE = -1;
    protected int programHandle = INVALID_VALUE;
    protected HashMap<String, Integer> attributes = new HashMap<String, Integer>();

    public abstract void create(String vertexCode, String fragmentCode);
    public abstract void use();
    public abstract void unUse();
    public abstract int getAttributeLocation(String attribute);
    public abstract int getUniformLocation(String uniform);

    protected abstract int loadShader(int type, String shaderCode);

    public int getProgramHandle() {
        return programHandle;
    }
}

现在，让我们深入研究 `ShaderProgramBase.create()` 方法的平台特定实现。

iOS

package com.intel.inde.moe.samples.openglbox.ios;
...

public class ShaderProgram extends ShaderProgramBase {
...

    @Override
    public void create(String vertexCode, String fragmentCode) {
        ...

        programHandle = OpenGLES.glCreateProgram();
        OpenGLES.glAttachShader(programHandle, vertexShader);
        OpenGLES.glAttachShader(programHandle, fragmentShader);
        OpenGLES.glLinkProgram(programHandle);
    }
}

Android

package com.intel.inde.moe.samples.openglbox.android;
...

public class ShaderProgram extends ShaderProgramBase {
...

    @Override
    public void create(String vertexCode, String fragmentCode) {
        ...

        programHandle = GLES20.glCreateProgram();
        GLES20.glAttachShader(programHandle, vertexShader);
        GLES20.glAttachShader(programHandle, fragmentShader);
        GLES20.glLinkProgram(programHandle);
    }
}

正如您所见，这些代码片段看起来非常相似。可能看起来代码仅在前缀上有所不同 - **OpenGLES** 和 **GLES20**。不太正确，但差不离。仔细查看 `loadShader()` 方法。

iOS

package com.intel.inde.moe.samples.openglbox.ios;
...

public class ShaderProgram extends ShaderProgramBase {
...

    @Override
    protected int loadShader(int type, String shaderCode) {
        ...

        IntPtr status = PtrFactory.newIntReference();
        OpenGLES.glGetShaderiv(shader, ES2.GL_COMPILE_STATUS, status);
        if (status.getValue() == 0) {
            BytePtr info = PtrFactory.newWeakByteArray(256);
            OpenGLES.glGetShaderInfoLog(shader, 256, PtrFactory.newWeakIntReference(0), info);
            OpenGLES.glDeleteShader(shader);
            throw new IllegalArgumentException("Shader compilation failed with: " + info.toASCIIString());
        }
        ...
    }
}

Android

package com.intel.inde.moe.samples.openglbox.android;
...

public class ShaderProgram extends ShaderProgramBase {
...

    @Override
    protected int loadShader(int type, String shaderCode) {
        ...

        int[] status = new int[1];
        GLES20.glGetShaderiv(shader, GLES20.GL_COMPILE_STATUS, status, 0);
        if (status[0] == 0) {
            String info = GLES20.glGetShaderInfoLog(shader);
            GLES20.glDeleteShader(shader);
            throw new IllegalArgumentException("Shader compilation failed with: " + info);
        }
        ...
    }
}

这段代码的区别在于我们传递 OpenGL 指针的方式。您将在其他地方看到类似的差异。

通用数据

现在是时候描述其他通用部分了。我们的应用程序使用以下通用数据。

1. Geometry

   public class Geometry {
       public static final float[] VERTICES = new float[] { … };
       public static final byte[] INDICES = { … };
   }

2. 着色器（作为 String 常量）

   public class Shaders {
       public static final String VERTEXT_SHADER = " ... ";
       public static final String FRAGMENT_SHADER = " ... ";
   }

3. 参数（背景颜色、旋转速度、不同的相机相关值）

   public class Parameters {
       ...
       public static final float DEGREES_PER_SECOND = 90.0f;
       ...
   }

所有这些常量都是不言自明的。它们代表了通用的 3D 数据模型和操作逻辑。在更大的项目中，通用数据将更多。

3D 数学

OpenGL ES 2.0 及更高版本不提供创建或指定变换矩阵的内置函数。相反，可编程着色器提供顶点变换，您可以使用通用 uniform 变量指定着色器输入。

iOS

GLKit 框架包含一个全面的向量和矩阵类型及函数的库，该库针对 iOS 硬件上的高性能进行了优化。

viewMatrix = GLKit.GLKMatrix4MakeLookAt(
    0.0f, 0.0f, Parameters.EYE_Z, // eye
    0.0f, 0.0f, 0.0f, // center
    0.0f, 1.0f, 0.0f // up-vector
);
viewMatrix = GLKit.GLKMatrix4Rotate(viewMatrix,
    GLKit.GLKMathDegreesToRadians(Parameters.PITCH), 1, 0, 0);

Android

类 android.opengl.Matrix 提供数学实用程序。这些方法操作存储在 float 数组中的 OpenGL ES 格式矩阵和向量。

Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0,
    0.0f, 0.0f, Parameters.EYE_Z, // eye
    0.0f, 0.0f, 0.0f, // center
    0.0f, 1.0f, 0.0f // up-vector
);
Matrix.rotateM(viewMatrix, 0, Parameters.PITCH, 1, 0, 0);

但是，您可以自己实现基本的数学类，并增加通用代码的重用性。

加载纹理

iOS

GLKTextureLoader 类简化了加载纹理数据的操作。 GLKTextureLoader 类可以加载 Image I/O 框架支持的大多数图像格式的二维或立方体贴图纹理。在 iOS 上，它还可以加载 pvrtc 格式压缩的纹理。它可以同步或异步加载数据。

public static int loadGLTexture(String name, String extension) {
    NSMutableDictionary options = NSMutableDictionary.alloc().init();
    options.put(NSNumber.numberWithBool(true), GLKit.GLKTextureLoaderOriginBottomLeft());

    String path = NSBundle.mainBundle().pathForResourceOfType(name, extension);
    GLKTextureInfo info = GLKTextureLoader.textureWithContentsOfFileOptionsError(path, options, null);
    if (info == null) {
        System.out.println("Error loading file: " + name + "." + extension);
        return -1;
    }

    return info.name();
}

GLKTextureLoader 和 GLKTextureInfo 类不会为您管理 OpenGL 纹理。一旦纹理返回给您的应用程序，您就对其负责。这意味着在您的应用程序使用完 OpenGL 纹理后，必须通过调用 glDeleteTextures() 函数来显式取消分配它。

Android

无论好坏，我们都是手动实现的。

public static int loadGLTexture(Bitmap bitmap) {
    int[] textureIDs = new int[1];
    GLES20.glGenTextures(1, textureIDs, 0);

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

    // Create Nearest Filtered Texture
    GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,
            GLES20.GL_LINEAR);
    GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
            GLES20.GL_LINEAR);

    GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S, GLES20.GL_REPEAT);
    GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T, GLES20.GL_REPEAT);

    // Use the Android GLUtils to specify a two-dimensional texture image from our bitmap
    GLUtils.texImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);

    return textureIDs[0];
}

当然，您始终可以为这类 OpenGL 密集型代码编写自己的包装器。我们没有给自己设定这样的任务。

时序

iOS

方法 `timeSinceLastUpdate()` 返回自视图控制器上次调用委托的 `update()` 方法以来经过的时间量。

public void update() {
    rotation += Parameters.DEGREES_PER_SECOND * timeSinceLastUpdate();
    modelMatrix = GLKit.GLKMatrix4Identity();
    modelMatrix = GLKit.GLKMatrix4Rotate(modelMatrix, GLKit.GLKMathDegreesToRadians(rotation), 0, 1, 0);
}

Android

Android 上没有这样的方法。所以我们必须手动重新创建它。

private long lastTime;

public void onSurfaceCreated(GL10 unused, EGLConfig config) {
    …
    lastTime = System.nanoTime();
}

public void onDrawFrame(GL10 unused) {
    update();
    drawBox();
}

double timeSinceLastUpdate() {
    long time = System.nanoTime();
    double delta = (double) (time - lastTime) / 1000000000;
    lastTime = time;
    return delta;
}

private void update() {
    if (isPaused)
        return;
    rotation += Parameters.DEGREES_PER_SECOND * timeSinceLastUpdate();
    Matrix.setIdentityM(modelMatrix, 0);
    Matrix.rotateM(modelMatrix, 0, rotation, 0, 1, 0);
}

摘要

在 iOS 上使用 Java 进行 OpenGL 开发与在 Android 上进行开发非常相似，并具有许多优势。

• OpenGL ES 是一个基于 C 的 API，iOS 和 Android 都支持它，具有很高的可移植性。
• 熟悉的 Java 语法。
• 使用强大的 iOS 模拟器和 Android 模拟器并排调试两个目标。