GLES2 炼狱之旅：解剖移形换影的奥秘

Android 多媒体之旅：矩阵变换的魅力

探索移形换影的世界

我们生存的世界不是一成不变的，而是一个不断变幻的画卷，一切都处在运动和变化之中。作为移动设备交互的核心，Android 系统为开发者提供了丰富的多媒体框架，助力我们轻松地为用户呈现逼真的视觉效果。今天，我们将继续踏上 Android 多媒体 GLES2 的修行之路，开启第四集的冒险——《移形换影》。

视野的局限与无限的可能

我们的视野就像一扇窗，它限制了我们对浩瀚宇宙的认知。但如果没有视野，我们又将一无所知。在计算机图形学的世界中，矩阵变换扮演着视野的角色，它为我们提供了操纵和观察 3D 物体的能力。

矩阵变换的基本原理

矩阵变换是一种数学操作，它通过乘以一个矩阵来改变一个向量的坐标。在 3D 图形中，矩阵变换主要用于操作模型视图矩阵、投影矩阵和法线变换矩阵。

• 模型视图矩阵：控制模型在视图空间中的位置、旋转和缩放。
• 投影矩阵：定义了从视图空间到裁剪空间的投影方式。
• 法线变换矩阵：转换法线向量以补偿模型的旋转和缩放。

操作矩阵状态栈

在进行复杂的图形变换时，我们需要管理多个矩阵状态。Android GLES2 提供了矩阵状态栈，它允许我们保存和恢复矩阵的状态，从而简化了变换操作。

移形换影实战

移形换影是一种常见的 3D 图形效果，它通过移动物体在其原始位置周围来创造一种错觉。要实现移形换影，我们需要使用矩阵变换来操纵模型视图矩阵。

普通副本一：斗转星移

第一关卡：绘制矩形

我们首先从一个简单的矩形开始，使用以下代码绘制：

// 定义顶点着色器
String vertexShaderCode =
        "attribute vec4 vPosition;" +
        "uniform mat4 uMVPMatrix;" +
        "void main() {" +
        "  gl_Position = uMVPMatrix * vPosition;" +
        "}";

// 定义片段着色器
String fragmentShaderCode =
        "precision mediump float;" +
        "uniform vec4 vColor;" +
        "void main() {" +
        "  gl_FragColor = vColor;" +
        "}";

// 编译着色器和链接程序
GLES20.glUseProgram(program);

// 获取顶点位置属性索引
int positionAttributeIndex = GLES20.glGetAttribLocation(program, "vPosition");

// 获取颜色统一变量索引
int colorUniformLocation = GLES20.glGetUniformLocation(program, "vColor");

// 设置顶点数据
GLES20.glVertexAttribPointer(positionAttributeIndex, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 0, vertexBuffer);
GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionAttributeIndex);

// 设置颜色
GLES20.glUniform4f(colorUniformLocation, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);

// 绘制矩形
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);

第二关卡：封装矩阵变换

为了控制矩形的变换，我们需要封装一个矩阵变换函数：

public static void setModelViewProjectionMatrix(float[] mvpMatrix) {
    GLES20.glUniformMatrix4fv(mvpMatrixUniformIndex, 1, false, mvpMatrix, 0);
}

第三关卡：操作矩阵的状态栈

在进行多次变换时，我们需要操作矩阵状态栈：

// 保存当前矩阵状态
GLES20.glPushMatrix();

// 进行变换
setModelViewProjectionMatrix(mvpMatrix);

// 绘制矩形
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);

// 恢复之前矩阵状态
GLES20.glPopMatrix();

实现移形换影

移形换影通过使用矩阵状态栈来保存和恢复模型视图矩阵，从而实现物体在多个位置上的绘制：

for (int i = 0; i < numCopies; i++) {
    // 保存当前矩阵状态
    GLES20.glPushMatrix();

    // 翻译模型
    GLES20.glTranslatef(i * translateAmount, 0, 0);

    // 进行变换
    setModelViewProjectionMatrix(mvpMatrix);

    // 绘制矩形
    GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);

    // 恢复之前矩阵状态
    GLES20.glPopMatrix();
}

结语

矩阵变换是 Android GLES2 中一项强大的技术，它为我们提供了操纵和观察 3D 物体的能力。通过理解矩阵变换的基本原理和操作矩阵状态栈的方法，我们能够创造出令人惊叹的视觉效果，例如移形换影。在接下来的旅程中，我们将继续探索 GLES2 的奥秘，解锁更多图形渲染的可能性。

常见问题解答

• 什么是矩阵变换？
  矩阵变换是一种通过乘以一个矩阵来改变向量坐标的数学操作。

• Android GLES2 中矩阵变换的用途是什么？
  在 3D 图形中，矩阵变换用于操作模型视图矩阵、投影矩阵和法线变换矩阵，从而控制模型的位置、旋转、缩放和投影。

• 什么是矩阵状态栈？
  矩阵状态栈是一个数据结构，允许我们保存和恢复矩阵状态，简化了复杂的图形变换。

• 如何在 Android GLES2 中实现移形换影？
  移形换影可以通过使用矩阵状态栈来保存和恢复模型视图矩阵，从而实现物体在多个位置上的绘制。

• 矩阵变换与其他图形技术有什么不同？
  矩阵变换通过操纵矩阵直接改变对象的坐标，而其他图形技术（如着色器）通常用于修改对象的视觉外观。