从零开始：利用OpenGL ES进行Android游戏开发

概述

Android游戏开发一直是开发者们热衷的领域之一。为了创建高度交互和视觉吸引力的游戏，我们需要利用到强大的图形库。OpenGL ES是一个专为嵌入式系统设计的开放式图形库，Android平台天生支持它，非常适合用于开发Android游戏。

本篇博客将从零开始向您展示如何使用OpenGL ES在Android平台上创建游戏。我们将逐步讲解OpenGL ES的基础知识和相关概念，并通过实例演示如何编写和渲染简单的图形。

什么是OpenGL ES？

OpenGL（开放式图形库）是一个用于渲染2D和3D图形的跨平台API。OpenGL ES是OpenGL的嵌入式版本，专为移动设备、游戏机和其他嵌入式系统设计。在Android上，我们使用的是OpenGL ES 2.0，它是目前最广泛使用的版本。

OpenGL ES通过使用图形渲染管线来处理图形数据。这个管线由多个阶段组成，包括顶点着色器、片段着色器、几何着色器等。通过编写相应的着色器代码，我们可以控制渲染管线的每个阶段。

设置OpenGL ES环境

在开始编写代码之前，我们需要先设置好OpenGL ES的开发环境。要在Android项目中使用OpenGL ES，我们需要进行以下步骤：

1. 在AndroidManifest.xml文件中添加以下权限：

<uses-feature android:glEsVersion="0x00020000" android:required="true" />

2. 在Activity的布局文件中添加一个GLSurfaceView组件：

<android.opengl.GLSurfaceView
    android:id="@+id/glSurfaceView"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent" />

3. 在Activity的onCreate()方法中，获取GLSurfaceView的实例，并设置Renderer：

GLSurfaceView glSurfaceView = findViewById(R.id.glSurfaceView);
glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2);

GameRenderer renderer = new GameRenderer();
glSurfaceView.setRenderer(renderer);

编写OpenGL ES代码

接下来，我们将编写一个简单的OpenGL ES代码示例，来渲染一个旋转的三角形。

1. 创建一个新的类GameRenderer，并实现GLSurfaceView.Renderer接口。

2. 在onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)方法中，进行一些OpenGL ES初始化操作，例如清除缓冲区、设置背景色等：

@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
    GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
}

3. 在onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)方法中，传入视图的宽度和高度，计算投影矩阵和视图矩阵等参数：

@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
    GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
    // 进行投影矩阵和视图矩阵等参数的计算
}

4. 在onDrawFrame(GL10 gl)方法中进行图形的绘制操作。首先清除缓冲区：

@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
    GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

然后，通过编写顶点着色器和片段着色器代码来渲染图形。

5. 编写顶点着色器代码，用于处理顶点坐标和变换矩阵：

attribute vec3 a_Position;
uniform mat4 u_Matrix;

void main() {
    gl_Position = u_Matrix * vec4(a_Position, 1.0);
}

6. 编写片段着色器代码，用于处理片段颜色：

precision mediump float;
uniform vec4 u_Color;

void main() {
    gl_FragColor = u_Color;
}

7. 在onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)方法中，编译、链接并使用这些着色器程序：

@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
    GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    
    int vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode);
    int fragmentShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode);
    
    program = createAndLinkProgram(vertexShader, fragmentShader);
    GLES20.glUseProgram(program);
}

8. 在onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)方法中，设置视图矩阵和投影矩阵等参数：

@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
    GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
    
    Matrix.perspectiveM(projMatrix, 0, fov, (float) width / height, near, far);
    
    Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0, eyeX, eyeY, eyeZ, centerX, centerY, centerZ, upX, upY, upZ);
}

9. 在onDrawFrame(GL10 gl)方法中，渲染图形：

@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
    GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    int positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(program, "a_Position");
    GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionHandle);
    GLES20.glVertexAttribPointer(positionHandle, COORDS_PER_VERTEX, GLES20.GL_FLOAT, false, vertexStride, vertexBuffer);
    
    int colorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(program, "u_Color");
    GLES20.glUniform4fv(colorHandle, 1, color, 0);
    
    int matrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(program, "u_Matrix");
    GLES20.glUniformMatrix4fv(matrixHandle, 1, false, mvpMatrix, 0);
    
    GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);
    
    GLES20.glDisableVertexAttribArray(positionHandle);
}

10. 最后，通过改变顶点坐标和变换矩阵等参数，可以实现旋转、平移、缩放等效果。

总结

通过本篇博客，我们了解了如何从零开始利用OpenGL ES进行Android游戏开发。我们学习了OpenGL ES的基础知识和相关概念，并通过一个简单的实例演示了如何编写和渲染图形。希望这些内容能帮助您入门OpenGL ES开发，并为您的Android游戏开发之旅提供一些基础知识和启示。

如果您对OpenGL ES感兴趣，我推荐您继续学习更多的OpenGL ES知识，并尝试开发更复杂、丰富的Android游戏。祝您在Android游戏开发中取得成功！

本文来自极简博客，作者：星河之舟，转载请注明原文链接：从零开始：利用OpenGL ES进行Android游戏开发