經倫記

當相機遠離模型時,模型也會變小.其紋理渲染採樣時會顆粒狀失真.解決失真問題關鍵在於讓屏幕中體積較小物體或遠離視點時.使用低分辯率『紋理Texture』圖像.稱值為紋理鏈.首先獲取紋理尺寸.然後創建比小分辨率紋理圖,把分辨率縮小一半.重複這一過程直到分辨率為1.為了在OpenGL ES使用紋理鏈,需要執行以下兩步

1. 將縮小係數過濾器設置為GL_XXX_MIPMAP_XXX這裡設置為如果不使用MIPMAP.只會使用首個紋理
2. 通過縮小紋理創建圖鏈.並將圖片上傳提交給OpenGL ES.作為當前圖層.圖層從0開此,0圖層為原始圖層,然後上傳圖層.然後將其寬度與高除以2不斷創建縮小圖層並上傳.回收位圖.直到寬與高等於零.最後一張紋理1*1像素.則退出循環.並且紋理鏈只能綁定單一紋理
3. 對於3D模形使用紋理鏈mipmap,而在2D材質無需應用
4. 若啟用mipmap所繪製物較小.性能提升較明顯.因為GPU只需從小圖片中提取紋理元素
5. 若啟用mipmap紋理鏈會比沒有使用多佔用33%記憶體.但可換來視角效果提升.特別對遠景物體可修正粒狀失真.
6. mipmap紋理鏈僅對正方形紋理有效.並且僅在OpenGL ES 1.x獲得支持.

紋理位圖載入與綁定.在其基礎加入紋理鏈代碼

GL10 gl = GRAPHICS.gl;

生成空的紋理對象,並獲取id

gl.glGenTextures(1, ids,0);

int id = ids[0];

讀取紋理圖

Bitmap  bitmap = BITMAP.Read(file_name);

綁定紋理ID

gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, id);

設置紋理屬性,紋理過濾器,指定縮小倍數過濾器

gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL10.GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);

指定放大倍數過濾器

gl.glTexParameterf(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL10.GL_LINEAR);

獲取紋理寬度與高度

int    width = bitmap.getWidth();

int    height = bitmap.getHeight();

原始圖層索引為0

int level = 0;

while(true) {

上傳紋理

GLUtils.texImage2D(GL10.GL_TEXTURE_2D, level, bitmap, 0);

圖層索引號加一

++level;

計算縮小一半紋理位圖寬與高

int newWidth = bitmap.getWidth()/2;

int newHeight = bitmap.getHeight()/2;

寬與高等於零時跳出循環

if(newWidth == 0)

break;

創建縮小一半紋理位圖

Bitmap  newBitmap = Bitmap.createBitmap(newWidth,newHeight,bitmap.getConfig());

Canvas canvas = new Canvas(newBitmap);

canvas.drawBitmap(bitmap,

new Rect(0,0,bitmap.getWidth(),bitmap.getHeight()),

new Rect(0,0,newWidth,newHeight),

null);

回收位圖資源

bitmap.recycle();

bitmap = newBitmap;

}

取消邦定紋理ID

gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0);

回收位圖資源

bitmap.recycle();

射燈是OpenGL ES中燈光中最耗GPU資源燈光.但其3D效果十分逼真.睇上圖.射燈有多個參數需指定.『位置』『照射方向』『照射角度』小於180度、『衰減指數』小於零,若設為0則亮度不衰減,實制『衰減值』與遊戲3D空間尺寸有關.這裡設為0.01.以及三個光照顏色『環境色』『漫反射色』『鏡面反射色』

public class LightSpot {

private float[] ambient  = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};// 射燈-環境色

private float[] diffuse  = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};// 射燈-漫反射色

private float[] specular = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};// 射燈-高光顏色

private float[] position = {0.0f, 3.0f, 0.0f, 1.0f};// 射燈-位置

private float[] direction = {0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f};// 射燈-方向

private float  cutoff    = 45;// 射燈-角度範圍,缺省為180.0

private float  exponent  = 0.01f;// 衰減指數,缺省為0.0f

int     id = 0;// 光照ID

// 射燈ID 輸入:GL10.GL_LIGHT0至GL10.GL_LIGHT7

LightSpot(int ID){

this.id = ID;

}

//設置射燈方向,轉換為方向向量.最後w分量設0,代表方向

public void setDirection(float x,float y,float z){

direction[0] = x – position[0];

direction[1] = y – position[1];

direction[2] = z – position[2];

direction[3] = 0;

}

// 設定射燈位置.w分量設為1代表位置向量

public void setPosition(float x,float y,float z){

position[0] = x;

position[1] = y;

position[2] = z;

position[3] = 1;

}

// 設定射燈顏色

public void setColor(float r,float g,float b){

ambient[0] = r;

ambient[1] = g;

ambient[2] = b;

ambient[3] = 1;

}

//使能射燈

public void enable(){

GL10 gl = GRAPHICS.gl;

gl.glEnable(id);//使能

gl.glLightfv(id,GL10.GL_AMBIENT, ambient, 0);// 射燈-環境色

gl.glLightfv(id,GL10.GL_DIFFUSE, diffuse, 0);// 射燈-漫反射色

gl.glLightfv(id,GL10.GL_SPECULAR, specular, 0);// 射燈-高光顏色

gl.glLightfv(id,GL10.GL_POSITION, position, 0);// 位置

gl.glLightfv(id,GL10.GL_SPOT_DIRECTION, direction, 0);// 方向

gl.glLightf(id,GL10.GL_SPOT_CUTOFF,cutoff); //  角度範圍

gl.glLightf(id,GL10.GL_SPOT_EXPONENT,exponent);// 衰減指數

}

// 屏蔽射燈

public void disable(){

GL10 gl = GRAPHICS.gl;

gl.glDisable(id);

}

}

物體都由特定材質構成.材質決定照射在物體上光返射方式並會改變反射光顏色.材質為多邊形設置材質屬性用於光照計算,它是全域性影響所有繪製多邊形,直到它在次調用.OpenGL ES中需要為每種材質指定『環境色』『漫反射色』『鏡面反射色』RGBA顏色值.此材質吸收光.只有『光源顏色』與『材質顏色』最小值運算(RGB值)得到『反射光顏色』

材質類代碼

public class Material {

private float[] ambient  = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};// 材質-環境色

private float[] diffuse  = {1.0f, 1.0f, 1.0f,  1.0f};// 材質-漫反射色

private float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};// 材質-鏡面顏色

//設置材質環境色

public void setAmbient(float r,float g,float b){

ambient[0]=r;

ambient[1]=g;

ambient[2]=b;

ambient[3]=1;

}

// 設置材質漫反射色

public void setDiffuse(float r,float g,float b){

diffuse[0]=r;

diffuse[1]=g;

diffuse[2]=b;

diffuse[3]=1;

}

// 設置材質鏡面反射色

public void setSpecular(float r,float g,float b){

specular[0]=r;

specular[1]=g;

specular[2]=b;

specular[3]=1;

}

//使能材質

public void enable(){

GL10 gl = GRAPHICS.gl;

gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK,GL10.GL_AMBIENT,  ambient, 0);// 環境色

gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK,GL10.GL_DIFFUSE,  diffuse, 0);//  漫反射色

gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK,GL10.GL_SPECULAR, specular,0);//  鏡面反射色

}

}

環境光是一種特殊光.它沒有位置和方向.它只會均勻照射3D空間中所有物體.在OpenGL ES中啟用全域環境光.

啟用光照

gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);

環境光純白色,色域範圍為0~1浮點數.影射對應0~255整數

float[] color = {1.0f,1.0f,1.0f,1f};// 環境光浮點數組

設定環境光最後參數color偏移量通常設為0

gl.glLightModelfv(GL10.GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, color, 0);

全域環境光代碼

public class LightAmbient {

static private float[] color = {1.0f,1.0f,1.0f,1f};// 環境光

//設定環境光

static public void setColor(float r,float g,float b ){

color[0] = r;

color[1] = g;

color[2] = b;

color[3] = 1;

}

//使能環境光

static public void enable(){

GL10 gl = GRAPHICS.gl;

gl.glLightModelfv(GL10.GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, color, 0);

}

}

光照系統它可以令3D遊戲更加逼真.要模擬光照需要光源發射光線.和被光照照射物.最後需要一台相機捕足光源發射光以及被物體反射光.光照會改變觀察者對被觀察者物體顏色感受.取卻於以下幾個因素

1. 光源類型
2. 光源顏色和強度
3. 光源相對於被照射物體位置和方向
4. 被照射物材質和紋理

被照射物體反射光強度取決於光照射到至物體平面時光與物體平面夾角.光與其所照射平面越接近垂直,物體表面反射光強度越大

一旦光照射到平面它會以兩種方式反射.鏡面反射會物體上表現出強光效果.物體鏡面反射效果取決於材質.

漫反射:大部分反射光線會因為物體不規則表面而隨機地發散開來,具有光滑表面

鏡面反射:光照射到光滑鏡面後返射回來,具有粗糙不平整表面是不可能形成

而光照射到表面時反射光顏色還取決於光源和材質顏色.

OpenGL ES可以創建出四種不同光源

環境光源:環境光本身非光源,而是由所在環境中其它光源發出光反射在周圍得到.這些環境光混合形成照明效果.環境光無方向並且被環境光照射所有物體都有共同亮度.

點光源:點光源在空間中有固定位置,並且向個方向照射.如燈泡

定向光源:定向光需要一個方向並延伸至無限遠.如太陽是標準定向光源

投射光源:在3D空間中有固定位置.並且有個照射方向.並且具有錐形照射區域.如街燈就是標準投射光.但很耗GPU資源.

OpenGL ES允許指定光顏色與強度,使用RGBA指定顏色

環境光色:被照射無體整體受到光色.物體將會接受這種顏色照射.並且與光源位置和方向無關.

漫反射色:物體反射時受到光色.背著光源另一面不會被照射到

鏡面反射色:鏡面反射色僅僅影響面向觀察者和光源面

投射色:僅影響錐型照射物

啟用光照,一旦開啟光照系統將被應用於所有渲染.你還需要指定光源與材質以及頂點法線確定最後光照效果

GL10.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);

渲染完成必需關閉光照.否則影響之後GUI渲染.

GL10.glDisable(GL10.GL_LIGHTING);

OpenGL ES允許每個場景中最多使用8個光源,外加一個全域光源.光源ID從GL10.GL_LIGHT0至GL10.GL_LIGHT7

光源0使能並將其應用所有渲染物

GL10.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);

若想單獨禁用某光源

GL10.glDisable(GL10.GL_LIGHT0);

OpenGL ES矩陣提供以下運算能力

1. 『矩陣』可將『頂點』移動glTranslatef()
2. 『矩陣』縮放『頂點』,即將『頂點』個座標分量剩以縮放值glScalef()
3. 『矩陣』可令『頂點』繞某軸旋轉glRotatef()
4. 『頂點』剩以『單位矩陣』相當於剩 glLoadIdentity()
5. 兩個『矩陣』相剩得到新『矩陣』剩以某個頂點.相當於兩『矩陣』剩以頂點後再相剩glMultMatrixf()

OpenGL ES提供有三種『矩陣』

投影矩陣:建立視錐體形狀和尺寸.它決定投影類型和睇到範圍

模型視圖矩陣:在模型空間中用該矩陣變換3D模型.並將其在3D空間中移動

紋理矩陣:用於動態操縱紋理矩陣

設置當前矩陣為『投影矩陣』

GL10.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);

在棧頂載入單位據陣

GL10.glLoadIdentity();

然後剩以正交投影矩陣

GL10.glOrthof(-1,1,-1,1, 1, -1);

設置當前矩陣『模型視圖矩陣』

GL10.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);

在棧頂載入單位據陣

GL10.glLoadIdentity();

3D空間中平移

GL10.glTranslatef(x,y,z);

繞Y軸旋轉

GL10.glRoate(angle,0,1,0);

將當前棧頂拷貝並壓入棧頂

GL10.glPushMatrix();

矩陣棧頂出棧

GL10.glPopMatrix();

OpenGL要啟用混合,要將每個頂點顏色ALPHA分量置設為0.5f.這樣模型後方對象都能透過模型睇到

1.       OpenGL ES 將在『深度緩存Z-Buffer』和『幀緩存』中渲染模型

2.       當OpenGL ES結合z-buffer啟用混合時.必需確保所有透面對象跟據其距離照相機遠近按升序排序.並且從後往線渲染對象.所有非透明必須在透明對象之前被渲染,而非透明對象不需要經過排序

啟用混合:

1.       啟用深度檢測(Z軸緩存)一定要調用glEnable(GL_DEPTH_TEST);.保證光照正確繪製和模形前後正確繪製

2.       啟用混合gl.glEnable(GL10.GL_BLEND);

3.       設定混合方程式gl.glBlendFunc(GL10.GL_SRC_ALPHA,GL10.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

4.       設定模型透明度gl.glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f,0.5f);

5.       完成渲染後禁用混合glDisable(GL_BLEND);

當需要在OpenGL ES中啟用混合.需要按以下方式渲染

1.       首先渲染所有不透明對象

2.       將所有透明對象按照其與相機距離運近排序(由遠及近)

3.       渲染排好序透明對象(由遠及近)

OpenGL中『幀緩存』用於儲存屏幕每個像素.而z-buffer『深度緩存』則儲存像素『深度值』.『深度值』為3D空間中對應點與相機『近裁剪面』距離.

OpenGL ES將z-buffer『深度緩存』為每個像素寫入深度值.OpenGL ES會初此『深度緩存』每個深度值為無窮大(大數).

gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST);

每當渲染像素時將像素深度值和『深度緩存』深度值進行比較.如果深度值更小則表示它接近於『近裁剪面』則更新『幀緩存』像素與『深度緩存』深度值.這一過程稱為『深度測試』.如果未能通過『深度測試』則像素與深度值均不寫入『幀緩存』與『深度測試』

每幀渲染時『幀緩存』與『深度緩存』均需清零.否則上一幀數據會被保留下來

gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

在渲染所有3D場景後需關閉『深度測試』.因為渲染2D圖形UI元素無Z軸座標.更無需深度測試.渲染順序由代碼繪製順序決定.

gl.glDisable(GL10.GL_DEPTH_TEST);

2D遊戲使用『正交投影』這意味著模型與視點距離無論多遠,其屏幕尺寸大小總為一至.而3D遊戲則使用『透視投影』模型離視點越近其屏幕尺寸越大.而模型離視點越遠其屏幕尺寸越細.

在『正交投影』就像置身於『矩形盒』.而『透視投影』就像切掉『金字塔』頂部,頂部為『近裁剪面』底部為『遠裁剪面』.而另外四面則分別為『左裁剪面』『右裁剪面』『頂裁剪面』『底裁剪面』

透視錐體由四個參數組成

1.『近裁剪面』與相機矩離

2.『遠裁剪面』與相機矩離

3.視口縱橫比,即視口『近裁剪面』寬高比

4.『視場』指定視錐體寬,也就是它所容納場景

桌面OpenGL帶有GLU輔助函式庫.而Android系統也含有GLU庫.設置投影矩陣

GLU.gluPerspective(GL10 gl,float fieldOfView,float aspectRatio,float near,flat far);

該函式將『透視投影矩陣』與當前矩陣相乘.

gl:為GL10實例

fieldOfView:視場角度,人眼視場角大約67度.加減此值可調整橫向視察範圍

aspectRatio:視口縱橫比,此值為一浮點數

near:遠裁剪面與相機距離

far:近裁剪面與相機距離

『透視投影』代碼

GL10 gl = GRAPHICS.GetGL();

清屏

gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

設定視口

gl.glViewport(0,0, GRAPHICS.GetWidth(),GRAPHICS.GetHeight());

設定當前矩陣為投影矩陣

gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);

載入單位矩陣

gl.glLoadIdentity();

設置投視投影

GLU.gluPerspective(gl, fieldOfView, aspectRatio, near, far);

設定當前矩陣為模型視圖矩陣

gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);

載入單位矩陣

gl.glLoadIdentity();

2D遊戲紋理渲染必須將『背景色』去除.JPEG格式不支持存儲像素點alpha值.將透明色alpha值設為零.需使用PNG格式.若紋理圖像沒有alpha通道時OpenGL ES自動將alpha設為1.但混合開銷很大而目前手機上GPU都不能對大量像素禁行混合.所以在需要時才啟用Blend『混合』.在OpenGL ES中啟動半透明混合處理
gl.glEnable(GL10.GL_BLEND);
設定『來源色』和『目標色』組合方程.
gl.glBlendFunc(GL10.GL_SRC_ALPHA, GL10.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
啟用2D紋理渲染
gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
渲染三角形
…
禁用2D紋理渲染
gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
結束渲染後禁用混合
gl.glDisable(GL10. GL_BLEND);

遊戲設計中通常『更新』『渲染』放在同一線程中.在Windows可以在主線程將『消息驅動』改為『實時驅動』.把『更新』『渲染』放在主線程中.而Android卻無法做到這點.但提供GLSurfaceView可建立獨立線程在背後實現『更新』『渲染』.你需要實現監聽接口GLSurfaceView.Renderer.並註冊到GLSurfaceView中.監聽接口需要分別重寫『創建』『調整大細』『渲染』.GLSurfaceView.Renderer可獲得GL10.通過它方可訪問OpenGL ES API.而GL10中10代表OpenGL ES 1.0標準.可以將GLSurfaceView封裝成獨立控件.從而在layout『佈局』中嵌入.

public class RenderView extends GLSurfaceView implements GLSurfaceView.Renderer {

每當Activity恢復或啟動創建. EGLConfig設置Surface顏色與深度

public void onSurfaceCreated(GL10 gl10, EGLConfig eglConfig);

當view尺寸發生改變時調用,傳入寬與高

public void onSurfaceChanged(GL10 gl10, int width, int height);

調用『渲染』『更新』完成幀繪製.但每秒不超過60幀.

public void onDrawFrame(GL10 gl10);

令外還需重寫『恢復』『暫停』

『恢復』重啟渲染線程,在Activity恢復顯示時在Activity.onResume()中調用

public void onResume();

『暫停』退出渲染線程,當Activity進入後臺時在Activity.onPause()中調用

public void onPause();

}

編輯layout『佈局』文檔main.xml添加

<net.bookcard.aa.RenderView

android:id=”@+id/render_view”

android:layout_width=”fill_parent”

android:layout_height=”fill_parent” />

定義view狀態

public static final int       STATE_INIT       = 0;// 初此

public static final int  STATE_RUN       = 1;// 運行

public static final int  STATE_PAUSED    = 2;// 暫停

public static final int  STATE_FINISHED  = 3;// 結束

public static final int  STATE_IDLE       = 4;// 閒置

int view_width,view_height;// 寬與高

int state = STATE_INIT;// 初此狀態

long    startTime ;// 啟動時間

創建Surface獲取屏幕

public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig eglConfig){

SCREEN  screen = GAME.getCurrentScreen();// 當前屏幕

if(state == STATE_INIT) {// 初此

Init(gl, this);

screen = GAME.getMainScreen();

GAME.setCurrentScreen(screen);

}

else {//  重新載入資源

ASSETS.reload();

}

screen = GAME.getCurrentScreen();

state = STATE_RUN;// 運行

startTime = System.nanoTime();// 獲取啟動時間

}

大小發生改變

public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height){

this.view_width = width;// 寬

this.view_height = height;// 高

}

更新並渲染.System.nanoTime()返回納秒, 1000000000納秒=1秒.通過兩次時間測量計算間隔時間

public void onDrawFrame(GL10 gl){

SCREEN screen = GAME.getCurrentScreen();

if(state == STATE_RUN){// 運行

float deltaTime = (System.nanoTime()-startTime) / 1000000000.0f;

startTime = System.nanoTime();// 獲取當前時間

screen.update(deltaTime);// 更新

screen.present(deltaTime);// 渲染

}

else

if(state == STATE_PAUSED) {// 暫停

screen.pause();

}

else

if(state == STATE_FINISHED) {// 結束

screen.pause();

screen.dispose();

}

}

恢復渲染在Activity.onResume()中調用

public void onResume(){

super.onResume();

MUSIC.Resume();

}

暫停渲染在Activity.onPause()中調用

public void onPause(){

state = STATE_PAUSED;// 暫停

super.onPause();

MUSIC.Pause();

}

初此遊戲系統個部件

void Init(GL10 gl, GLSurfaceView view){

GRAPHICS.Init(gl,view);

SYSTEM.Init(context);// 系統

FileIO.Init(context);// 文件讀寫

BITMAP.Init(context);// 位圖

SOUND.Init(context,100);// 聲音

MUSIC.Init(context,100);// 音樂

TOUCH.Init(this);// 觸摸模塊

GAME.Init();//  屏幕切換系統

BATCHER.Init(1500);// 精靈批處理

ASSETS.load();// 資源

}