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前面兩篇文章我們介紹了OpenGL相關(guān)的基本知識设拟，現(xiàn)在我們已經(jīng)會繪制基本的圖案了纳胧，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的需求。我們要做的是顯示任意的模型万皿，這也是本文所要做的事情相寇。在閱讀本文之前钮科，請先確保你已經(jīng)看過我前面兩篇文章：
雖然標(biāo)題是說顯示任意3D文件绵脯，但是本文主要是以STL格式文件為例蛆挫。其他的格式本質(zhì)上都是一樣的妙黍，只是解析部分的代碼不同而已。接下來我們開始學(xué)習(xí)~
1 STL文件
它是標(biāo)準(zhǔn)的3D文件格式可免，一般3D打印機(jī)都是支持打印STL文件浇借，關(guān)于STL文件的格式怕品、以及相關(guān)介紹請參考百度百科：【stl格式】肉康。當(dāng)然了，我在代碼的注釋中也會進(jìn)行相關(guān)解釋涨薪。
1.1 解析準(zhǔn)備
首先纹安，在解析STL文件格式之前，我們需要進(jìn)行構(gòu)思光督。我們無非就是把STL文件中的三角形的頂點(diǎn)信息提取出來。因此我們的主要目標(biāo)就是把所有點(diǎn)信息讀取出來筐摘。
但是船老，3D模型的坐標(biāo)位置很隨機(jī)柳畔，大小也隨機(jī)。而不同的模型所處的位置不同确沸，為了能夠讓模型處于手機(jī)顯示中心罗捎，我們必須對模型進(jìn)行移動拉盾、放縮處理。使得任意大小倒得、任意位置的模型都能在我們的GLSurfaceView中以“相同”的大小顯示屎暇。
因此驻粟，我們不僅僅要讀取頂點(diǎn)信息，而且還要獲取模型的邊界信息蜀撑。我們想象成一個(gè)立方體，這個(gè)立方體剛好包裹住模型矿卑。即我們要讀取x母廷、y、z三個(gè)方向上的最大值最小值琴昆。
1.2 開始解析
首先业舍，我們定義一個(gè)Model類，用于表示一個(gè)模型對象：
package com.hc.opengl;
import java.nio.FloatBuffer;
/**
* Package com.hc.opengl
* Created by HuaChao on 2016/7/28.
*/
public class Model {
//三角面?zhèn)€數(shù)
private int facetCount;
//頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組
private float[] verts;
//每個(gè)頂點(diǎn)對應(yīng)的法向量數(shù)組
private float[] vnorms;
//每個(gè)三角面的屬性信息
private short[] remarks;
//頂點(diǎn)數(shù)組轉(zhuǎn)換而來的Buffer
private FloatBuffer vertBuffer;
//每個(gè)頂點(diǎn)對應(yīng)的法向量轉(zhuǎn)換而來的Buffer
private FloatBuffer vnormBuffer;
//以下分別保存所有點(diǎn)在x,y,z方向上的最大值态罪、最小值
float maxX;
float minX;
float maxY;
float minY;
float maxZ;
float minZ;
//返回模型的中心點(diǎn)
public Point getCentrePoint() {
float cx = minX + (maxX - minX) / 2;
float cy = minY + (maxY - minY) / 2;
float cz = minZ + (maxZ - minZ) / 2;
return new Point(cx, cy, cz);
}
//包裹模型的最大半徑
public float getR() {
float dx = (maxX - minX);
float dy = (maxY - minY);
float dz = (maxZ - minZ);
float max = dx;
if (dy > max)
max = dy;
if (dz > max)
max = dz;
return max;
}
//設(shè)置頂點(diǎn)數(shù)組的同時(shí)复颈，設(shè)置對應(yīng)的Buffer
public void setVerts(float[] verts) {
this.verts = verts;
vertBuffer = Util.floatToBuffer(verts);
}
//設(shè)置頂點(diǎn)數(shù)組法向量的同時(shí)券膀，設(shè)置對應(yīng)的Buffer
public void setVnorms(float[] vnorms) {
this.vnorms = vnorms;
vnormBuffer = Util.floatToBuffer(vnorms);
}
//···
//其他屬性對應(yīng)的setter驯遇、getter函數(shù)
//···
}
接下來就是將stl文件轉(zhuǎn)換成Model對象叉庐，我們定義一個(gè)STLReader類:
package com.hc.opengl;
import android.content.Context;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
/**
* Package com.hc.opengl
* Created by HuaChao on 2016/7/28.
*/
public class STLReader {
private StlLoadListener stlLoadListener;
public Model parserBinStlInSDCard(String path)
throws IOException {
File file = new File(path);
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
return parserBinStl(fis);
}
public Model parserBinStlInAssets(Context context, String fileName)
throws IOException {
InputStream is = context.getAssets().open(fileName);
return parserBinStl(is);
}
//解析二進(jìn)制的Stl文件
public Model parserBinStl(InputStream in) throws IOException {
if (stlLoadListener != null)
stlLoadListener.onstart();
Model model = new Model();
//前面80字節(jié)是文件頭陡叠，用于存貯文件名枉阵；
in.skip(80);
//緊接著用 4 個(gè)字節(jié)的整數(shù)來描述模型的三角面片個(gè)數(shù)
byte[] bytes = new byte[4];
in.read(bytes);// 讀取三角面片個(gè)數(shù)
int facetCount = Util.byte4ToInt(bytes, 0);
model.setFacetCount(facetCount);
if (facetCount == 0) {
in.close();
return model;
}
// 每個(gè)三角面片占用固定的50個(gè)字節(jié)
byte[] facetBytes = new byte[50 * facetCount];
// 將所有的三角面片讀取到字節(jié)數(shù)組
in.read(facetBytes);
//數(shù)據(jù)讀取完畢后兴溜，可以把輸入流關(guān)閉
in.close();
parseModel(model, facetBytes);
if (stlLoadListener != null)
stlLoadListener.onFinished();
return model;
}
/**
* 解析模型數(shù)據(jù)拙徽，包括頂點(diǎn)數(shù)據(jù)诗宣、法向量數(shù)據(jù)、所占空間范圍等
*/
private void parseModel(Model model, byte[] facetBytes) {
int facetCount = model.getFacetCount();
/**
* 每個(gè)三角面片占用固定的50個(gè)字節(jié),50字節(jié)當(dāng)中：
* 三角片的法向量：（1個(gè)向量相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)）*（3維/點(diǎn)）*（4字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)/維）=12字節(jié)
* 三角片的三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)：（3個(gè)點(diǎn)）*（3維/點(diǎn)）*（4字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)/維）=36字節(jié)
* 最后2個(gè)字節(jié)用來描述三角面片的屬性信息
* **/
// 保存所有頂點(diǎn)坐標(biāo)信息,一個(gè)三角形3個(gè)頂點(diǎn)岛心，一個(gè)頂點(diǎn)3個(gè)坐標(biāo)軸
float[] verts = new float[facetCount * 3 * 3];
// 保存所有三角面對應(yīng)的法向量位置忘古，
// 一個(gè)三角面對應(yīng)一個(gè)法向量，一個(gè)法向量有3個(gè)點(diǎn)
// 而繪制模型時(shí)存皂，是針對需要每個(gè)頂點(diǎn)對應(yīng)的法向量旦袋，因此存儲長度需要*3
// 又同一個(gè)三角面的三個(gè)頂點(diǎn)的法向量是相同的，
// 因此后面寫入法向量數(shù)據(jù)的時(shí)候商乎，只需連續(xù)寫入3個(gè)相同的法向量即可
float[] vnorms = new float[facetCount * 3 * 3];
//保存所有三角面的屬性信息
short[] remarks = new short[facetCount];
int stlOffset = 0;
try {
for (int i = 0; i < facetCount; i++) {
if (stlLoadListener != null) {
stlLoadListener.onLoading(i, facetCount);
}
for (int j = 0; j < 4; j++) {
float x = Util.byte4ToFloat(facetBytes, stlOffset);
float y = Util.byte4ToFloat(facetBytes, stlOffset + 4);
float z = Util.byte4ToFloat(facetBytes, stlOffset + 8);
stlOffset += 12;
if (j == 0) {//法向量
vnorms[i * 9] = x;
vnorms[i * 9 + 1] = y;
vnorms[i * 9 + 2] = z;
vnorms[i * 9 + 3] = x;
vnorms[i * 9 + 4] = y;
vnorms[i * 9 + 5] = z;
vnorms[i * 9 + 6] = x;
vnorms[i * 9 + 7] = y;
vnorms[i * 9 + 8] = z;
} else {//三個(gè)頂點(diǎn)
verts[i * 9 + (j - 1) * 3] = x;
verts[i * 9 + (j - 1) * 3 + 1] = y;
verts[i * 9 + (j - 1) * 3 + 2] = z;
//記錄模型中三個(gè)坐標(biāo)軸方向的最大最小值
if (i == 0 && j == 1) {
model.minX = model.maxX = x;
model.minY = model.maxY = y;
model.minZ = model.maxZ = z;
} else {
model.minX = Math.min(model.minX, x);
model.minY = Math.min(model.minY, y);
model.minZ = Math.min(model.minZ, z);
model.maxX = Math.max(model.maxX, x);
model.maxY = Math.max(model.maxY, y);
model.maxZ = Math.max(model.maxZ, z);
}
}
}
short r = Util.byte2ToShort(facetBytes, stlOffset);
stlOffset = stlOffset + 2;
remarks[i] = r;
}
} catch (Exception e) {
if (stlLoadListener != null) {
stlLoadListener.onFailure(e);
} else {
e.printStackTrace();
}
}
//將讀取的數(shù)據(jù)設(shè)置到Model對象中
model.setVerts(verts);
model.setVnorms(vnorms);
model.setRemarks(remarks);
}
public static interface StlLoadListener {
void onstart();
void onLoading(int cur, int total);
void onFinished();
void onFailure(Exception e);
}
}
注意到，我們需要頻繁的將byte數(shù)組轉(zhuǎn)為short抹凳、float類型赢底，我們直接把這些函數(shù)裝到一個(gè)工具類Util中：
package com.hc.opengl;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;
/**
* Package com.hc.opengl
* Created by HuaChao on 2016/7/28.
*/
public class Util {
public static FloatBuffer floatToBuffer(float[] a) {
//先初始化buffer柏蘑，數(shù)組的長度*4，因?yàn)橐粋€(gè)float占4個(gè)字節(jié)
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(a.length * 4);
//數(shù)組排序用nativeOrder
bb.order(ByteOrder.nativeOrder());
FloatBuffer buffer = bb.asFloatBuffer();
buffer.put(a);
buffer.position(0);
return buffer;
}
public static int byte4ToInt(byte[] bytes, int offset) {
int b3 = bytes[offset + 3] & 0xFF;
int b2 = bytes[offset + 2] & 0xFF;
int b1 = bytes[offset + 1] & 0xFF;
int b0 = bytes[offset + 0] & 0xFF;
return (b3 << 24) | (b2 << 16) | (b1 << 8) | b0;
}
public static short byte2ToShort(byte[] bytes, int offset) {
int b1 = bytes[offset + 1] & 0xFF;
int b0 = bytes[offset + 0] & 0xFF;
return (short) ((b1 << 8) | b0);
}
public static float byte4ToFloat(byte[] bytes, int offset) {
return Float.intBitsToFloat(byte4ToInt(bytes, offset));
}
}
為了更好的表示三維坐標(biāo)系下的一個(gè)點(diǎn)，我們定義Point類：
/**
* Package com.hc.opengl
* Created by HuaChao on 2016/7/28.
*/
public class Point {
public float x;
public float y;
public float z;
public Point(float x, float y, float z) {
this.x = x;
this.y = y;
this.z = z;
}
}
2 編寫Render
上一節(jié)我們只是拿數(shù)據(jù)而已革半，還沒開始繪制，真正的大招現(xiàn)在才開始不傅。因?yàn)槲覀兡繕?biāo)是顯示任意模型访娶，因此觉阅，必須把模型移動到我們的“視野”中秘车，才能看得到（當(dāng)然了叮趴，如果圖形本身就是在我們的視野中眯亦，那就不一定需要這樣的操作了）般码。廢話不多說，直接看源碼：
/**
* Package com.hc.opengl
* Created by HuaChao on 2016/7/28.
*/
public class GLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {
private Model model;
private Point mCenterPoint;
private Point eye = new Point(0, 0, -3);
private Point up = new Point(0, 1, 0);
private Point center = new Point(0, 0, 0);
private float mScalef = 1;
private float mDegree = 0;
public GLRenderer(Context context) {
try {
model = new STLReader().parserBinStlInAssets(context, "huba.stl");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void rotate(float degree) {
mDegree = degree;
}
@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
// 清除屏幕和深度緩存
gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
gl.glLoadIdentity();// 重置當(dāng)前的模型觀察矩陣
//眼睛對著原點(diǎn)看
GLU.gluLookAt(gl, eye.x, eye.y, eye.z, center.x,
center.y, center.z, up.x, up.y, up.z);
//為了能有立體感覺宫静，通過改變mDegree值孤里，讓模型不斷旋轉(zhuǎn)
gl.glRotatef(mDegree, 0, 1, 0);
//將模型放縮到View剛好裝下
gl.glScalef(mScalef, mScalef, mScalef);
//把模型移動到原點(diǎn)
gl.glTranslatef(-mCenterPoint.x, -mCenterPoint.y,
-mCenterPoint.z);
//===================begin==============================//
//允許給每個(gè)頂點(diǎn)設(shè)置法向量
gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
// 允許設(shè)置頂點(diǎn)
gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
// 允許設(shè)置顏色
//設(shè)置法向量數(shù)據(jù)源
gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVnormBuffer());
// 設(shè)置三角形頂點(diǎn)數(shù)據(jù)源
gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVertBuffer());
// 繪制三角形
gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, model.getFacetCount() * 3);
// 取消頂點(diǎn)設(shè)置
gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
//取消法向量設(shè)置
gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
//=====================end============================//
}
@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
// 設(shè)置OpenGL場景的大小,(0,0)表示窗口內(nèi)部視口的左下角捌袜，(width, height)指定了視口的大小
gl.glViewport(0, 0, width, height);
gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); // 設(shè)置投影矩陣
gl.glLoadIdentity(); // 設(shè)置矩陣為單位矩陣琢蛤，相當(dāng)于重置矩陣
GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, ((float) width) / height, 1f, 100f);// 設(shè)置透視范圍
//以下兩句聲明抛虏，以后所有的變換都是針對模型(即我們繪制的圖形)
gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
gl.glLoadIdentity();
}
@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 啟用深度緩存
gl.glClearDepthf(1.0f); // 設(shè)置深度緩存值
gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 設(shè)置深度緩存比較函數(shù)
gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 設(shè)置陰影模式GL_SMOOTH
float r = model.getR();
//r是半徑迂猴，不是直徑沸毁，因此用0.5/r可以算出放縮比例
mScalef = 0.5f / r;
mCenterPoint = model.getCentrePoint();
}
}
在MainActivity中不斷調(diào)用旋轉(zhuǎn)函數(shù)：
package com.hc.opengl;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private boolean supportsEs2;
private GLSurfaceView glView;
private float rotateDegreen = 0;
private GLRenderer glRenderer;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
checkSupported();
if (supportsEs2) {
glView = new GLSurfaceView(this);
glRenderer = new GLRenderer(this);
glView.setRenderer(glRenderer);
setContentView(glView);
} else {
setContentView(R.layout.activity_main);
Toast.makeText(this, "當(dāng)前設(shè)備不支持OpenGL ES 2.0!", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
public void rotate(float degree) {
glRenderer.rotate(degree);
glView.invalidate();
}
private Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
rotate(rotateDegreen);
}
};
@Override
protected void onResume() {
super.onResume();
if (glView != null) {
glView.onResume();
//不斷改變r(jià)otateDegreen值息尺，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)
new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
sleep(100);
rotateDegreen += 5;
handler.sendEmptyMessage(0x001);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
}
}
private void checkSupported() {
ActivityManager activityManager = (ActivityManager) getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);
ConfigurationInfo configurationInfo = activityManager.getDeviceConfigurationInfo();
supportsEs2 = configurationInfo.reqGlEsVersion >= 0x2000;
boolean isEmulator = Build.VERSION.SDK_INT > Build.VERSION_CODES.ICE_CREAM_SANDWICH_MR1
&& (Build.FINGERPRINT.startsWith("generic")
|| Build.FINGERPRINT.startsWith("unknown")
|| Build.MODEL.contains("google_sdk")
|| Build.MODEL.contains("Emulator")
|| Build.MODEL.contains("Android SDK built for x86"));
supportsEs2 = supportsEs2 || isEmulator;
}
@Override
protected void onPause() {
super.onPause();
if (glView != null) {
glView.onPause();
}
}
}
3 最后一步
一切看起來都已經(jīng)完成了搂誉，但似乎少了點(diǎn)什么炭懊。啊哈~，少了STL文件侮腹，其實(shí)網(wǎng)上有很多STL模型文件免費(fèi)下載，大家可以隨便搜索愈涩。我下載了一個(gè)胡巴的模型：
模型截圖
模型截圖
下載完成后履婉，運(yùn)行如下：
運(yùn)行結(jié)果
看到結(jié)果是不是覺得很失望谐鼎？貌似看不到輪廓趣惠，其實(shí)，主要是跟燈光有關(guān)草戈，我們程序中沒有設(shè)置燈光侍瑟。我們知道涨颜，我們在真實(shí)世界中看到物體主要是物體表面發(fā)生漫反射。我們所看到的物體跟光源的位置星持、物體的材質(zhì)等等有關(guān)。另外督暂，也可以通過貼紋理來做到逻翁。但是到目前為止捡鱼，我們還沒有這些知識，代碼里面也沒有涉及到這些辽社，因此我們這能看到當(dāng)前這個(gè)樣子。后面我們會繼續(xù)深入學(xué)習(xí)相關(guān)知識戳葵，歡迎關(guān)注~拱烁。
好啦噩翠，最后獻(xiàn)上源碼吧~，注意擅笔，下載的源碼中Model類的getCentrePoint函數(shù)需要修改屯援，請以本文中的Model類為主。
