Android OpenGL - 简单 2D 转换的困难

出于性能原因，我正在尝试将游戏中的图形迁移到 OpenGL。

我需要使用精确的屏幕坐标绘制一个对象。假设在 240x320 屏幕中心有一个 100x100 像素的盒子。

我需要围绕 Z 轴旋转它，保持它的大小。

我需要围绕 X 轴旋转它，具有透视效果，保留(或接近)其大小。

我需要围绕 Y 轴旋转它，具有透视效果，保持(或接近)其大小。

Here's a picture.

到目前为止，我设法完成了前两个任务:

public void onDrawFrame(GL10 gl) {
    gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    gl.glLoadIdentity();
    gl.glTranslatef(120, 160, 0); // move rotation point
    gl.glRotatef(angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f); // rotate
    gl.glTranslatef(-120, -160, 0); // restore rotation point
    mesh.draw(gl); // draws 100x100 px rectangle with the following coordinates: (70, 110, 170, 210)
}

public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
    gl.glViewport(0, 0, width, height);
    gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
    gl.glLoadIdentity();
    gl.glOrthof(0f, (float)width, (float)height, 0f, -1f, 1f);
    gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
    gl.glLoadIdentity();
}

但是当我试图围绕 x 或 y 旋转我的盒子时，我的盒子发生了令人讨厌的事情并且没有透视效果。我尝试使用其他函数而不是 glRotate(glFrustum、glPerspective、gluLookAt、应用“倾斜”矩阵)，但我无法使它们正常工作。

最佳答案

对于透视，您还需要一些镜头长度，这决定了 FOV。 FOV 是视平面距离与可见范围之比。在近平面的情况下，它因此变为 {left,right,top,bottom}/near 。为简单起见，我们假设水平 FOV 和对称投影，即

FOV = 2*|left|/near = 2*|right|/near = extent/distance

或者如果你更喜欢角度

FOV = 2*tan(angular FOV / 2)

对于 90° FOV，镜头的长度是焦平面宽度的一半。您的焦平面是 240x320 像素，所以左右各 120 度，上下各 160 度。 OpenGL 并没有真正的焦点，但我们可以说近和远之间的中间平面是“焦点”。

因此，假设对象的平均范围约为可见平面限制的数量级，即对于 240x360 的可见平面，对象的平均大小约为 200 像素。因此，从近到远剪辑的距离为 200，因此在焦平面上为 +- 100。所以对于 90° 的 FOV 焦平面有距离

2*tan(90°/2) = extent/distance

2*tan(45°) = 2 = 240/distance
             2*distance = 240
             distance = 120

120，因此远近剪裁距离分别为 20 和 220。

最后但并非最不重要的近剪裁平面限制必须按near_distance/focal_distance = 20/120 缩放

所以

left   = -120 * 20/120 = -20
right  =  120 * 20/120 =  20
bottom = -180 * 20/120 = -30
top    =  180 * 20/120 =  30

所以这给了我们 glFrustum 参数:

glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glFrustum(-20, 20, -30, 30, 20, 220);

最后但并非最不重要的是，我们必须将世界原点移动到“焦点”平面

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0, 0, -120);

完毕。



透视不保留大小。这就是使它成为一个视角的原因。您可以使用非常长的镜头，即小 FOV。

代码更新

作为一般专业提示:在绘图处理程序中执行所有 OpenGL 操作。不要在重塑处理程序中设置投影。它很丑，一旦你想要一些 HUD 或其他类型的覆盖，你无论如何都必须丢弃它。所以这里是如何改变它:

public void onDrawFrame(GL10 gl) {
    // fov, extents are parameters set somewhere else
    // 2*tan(fov/2.) = width/distance =>
    float distance = width/(2.*tan(fov));
    float near = distance - extent/2;
    float far  = distance + extent/2;

    if(near < 1.) {
        near = 1.;
    }
    float  left  =  (-width/2) * near/distance;
    float  right =  ( width/2) * near/distance;
    float bottom = (-height/2) * near/distance;
    float    top = ( height/2) * near/distance;

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

    gl.glViewport(0, 0, width, height);

    gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
    gl.glLoadIdentity();
    gl.glFrustum(left, right, bottom, top, near, far);

    gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
    gl.glLoadIdentity();

    gl.glTranslatef(0, 0, -focal);

    gl.glTranslatef(120, 160, 0); // move rotation point
    gl.glRotatef(angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f); // rotate
    gl.glTranslatef(-120, -160, 0); // restore rotation point
    mesh.draw(gl); // draws 100x100 px rectangle with the following coordinates: (70, 110, 170, 210)
}

public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int new_width, int new_height) {
    width = new_width;
    height = new_height;
}

关于Android OpenGL - 简单 2D 转换的困难，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/8700768/