上一篇文章介紹了OpenGL繪製三維圖形的流程，其實沒有傳說中的那麼玄乎，只要放平常心把它當作一個普通控制元件就好了，接下來繼續介紹OpenGL具體的繪圖操作，這項工作得靠三維圖形的畫筆GL10來完成了。

GL10作為三維空間的畫筆，它所描繪的三維物體卻要顯示在二維平面上，顯而易見這不是一個簡單的夥計。為了理順物體從三維空間到二維平面的變換關係，有必要搞清楚OpenGL關於三維空間的幾個基本概念。下面就概括介紹一下GL10編碼的三類常見方法：

一、顏色的取值範圍

Android中的三原色，不管是紅色還是綠色還是藍色，取值範圍都是0到255，對應的十六進位制數值則為00到FF，顏色數值越小表示亮度越弱，數值越大表示亮度越強。但在OpenGL之中，顏色的取值範圍卻是0.0到1.0，其中0.0對應Android標準的0，1.0對應Android標準的255，同理，OpenGL值為0.5的顏色對應Android標準的128。
GL10與顏色有關的方法主要有兩個，說明如下：
glClearColor : 設定背景顏色。以下程式碼表示給三維空間設定白色背景：

        // 設定白色背景。四個引數依次為透明度alpha、紅色red、綠色green、藍色blue
        gl.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
 

glColor4f : 設定畫筆顏色。以下程式碼表示把畫筆顏色設定為橙色：

        // 設定畫筆顏色為橙色
        gl.glColor4f(0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f);

二、三維座標系

三維空間用來表達立體形狀，需要三個方向的座標，分別為水平方向的x軸和y軸，以及垂直方向的z軸。如下圖的三維座標系所示，三維空間有個M點，該點在x軸上的投影為P點，在y軸上的投影為Q點，在z軸上的投影為R點，因此M點的座標位置就是（P, Q, R）。

既然三維空間中的每個點都存在x、y、z三個方向的座標值，那麼與物體位置有關的方法均需提供x、y、z三方向的數值。比如物體的旋轉方法glRotatef、平移方法glTranslatef、縮放方法glScalef，要分別指定物體在三個座標軸上的旋轉方向、平移距離、縮放倍率。具體的方法呼叫例子如下所示：

        // 沿著y軸的負方向旋轉90度
        gl.glRotatef(90, 0, -1, 0);
        // 沿x軸方向移動1個單位
        gl.glTranslatef(1, 0, 0);
        // x，y，z三方向各縮放0.1倍
        gl.glScalef(0.1f, 0.1f, 0.1f);
 

三、座標矩陣變換

有了三維座標系，還要把三維物體投影到二維平面上，才能在手機螢幕中繪製三維圖形。這個投影操作主要有三個步驟，下面分別展開敘述：

1、設定繪圖區域

前面說過OpenGL使用GLSurfaceView這個控制元件作為繪圖場所，於是允許繪製的區域範圍自然落在GLSurfaceView內部。設定繪圖區域的方法是glViewport，它指定了該區域左上角的平面座標，以及區域的寬度和高度。當然一般OpenGL的繪圖範圍與GLSurfaceView的大小重合，所以倘若GLSurfaceView控制元件的寬度為width，高度為height，則設定繪圖區域的方法呼叫示例如下：

        // 設定輸出螢幕大小
        gl.glViewport(0, 0, width, height);
 

2、調整鏡頭引數

框住了繪圖區域，還要把三維物體在二維平面上的投影一點一點描繪進去才行，這中間的座標變換計算由OpenGL內部自行完成，開發者無需關注具體的運算邏輯。好比日常生活中的拍照，使用者只管拿起手機咔嚓一下，根本不用關心攝像頭怎麼生成照片。使用者所關心的照片效果，不外乎景物是大還是小，是遠還是近；用專業一點的術語來講，景物的大小由鏡頭的焦距決定，景物的遠近由鏡頭的視距決定。
對於鏡頭的焦距而言，拍攝同樣尺寸的照片，廣角鏡頭看到的景物比標準鏡頭看到的景物更多，這意味著單個景物在廣角鏡頭中會比較小，從而照片面積不增大、容納的景物卻變多了。
對於鏡頭的視距而言，它表示鏡頭的視力好壞，即最近能看到多近的景物，最遠能看到多遠的景物。在日常生活當中，每個人的睫毛離自己的眼睛太近了，這麼近的東西能看得清楚嗎？所以必須規定一下，最近只能看清楚比如離眼睛十釐米的物體。很遙遠的景物自然也是看不清楚的，所以也要規定一下，比如最遠只能看到一公里之內的人影。這個能看清景物的最近距離和最遠距離，就構成了鏡頭的視距。
所以，鏡頭的焦距是橫向的，它反映了畫面的廣度；而鏡頭的視距是縱向的，它反映了畫面的深度。在OpenGL中，這些鏡頭引數的調節依賴於GL10的gluPerspective方法，具體的引數調整程式碼舉例如下：

        // 設定投影矩陣，對應gluPerspective（調整相機引數）、glFrustumf（調整透視投影）、glOrthof（調整正投影）
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
        // 重置投影矩陣，即去掉所有的引數調整操作
        gl.glLoadIdentity();
        // 設定透檢視視窗大小。第二個引數是焦距的角度，第四個引數是能看清的最近距離，第五個引數是能看清的最遠距離
        GLU.gluPerspective(gl, 40, (float) width / height, 0.1f, 20.0f);

3、挪動觀測方位

調整好了鏡頭的拍照引數，要不要再擺個POSE，來個花式攝影？比如使用者躍上好幾級臺階，居高臨下拍攝；也可俯下身子，從下向上拍攝；還能把手機橫過來拍或者倒過來拍。要是怕攝影家累壞了，不妨叫擺拍的模特自己挪動身影，或者走進或者走遠，往左靠一點或者往右靠一點，還可以躺下來甚至倒立過來。
因此，不管是挪動相機的位置，還是挪動物體的位置，都會讓照片裡的景物發生變化。挪動相機的位置，依靠的是GL10的gluLookAt方法；至於挪動物體的位置，依靠的則是旋轉方法glRotatef、平移方法glTranslatef，以及縮放方法glScalef了。下面是OpenGL挪動相機位置的方法呼叫程式碼：

        // 選擇模型觀察矩陣，對應gluLookAt（人動）、glTranslatef/glScalef/glRotatef（物動）
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
        // 重置模型矩陣，即去掉所有的位置挪動操作
        gl.glLoadIdentity();
        // 設定鏡頭的方位。第二到第四個引數為相機的位置座標，第五到第七個引數為相機畫面中心點的座標，第八到第十個引數為朝上的座標方向，比如第八個引數為1表示x軸朝上，第九個引數為1表示y軸朝上，第十個引數為1表示z軸朝上
        GLU.gluLookAt(gl, 10.0f, 8.0f, 6.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

注意到前面調整相機引數和挪動相機位置這兩個動作，都事先呼叫了glMatrixMode與glLoadIdentity方法，這是什麼緣故呢？其實這兩個方法結合起來只不過是狀態重置操作，好比把手機恢復出廠設定，接下來重新進行狀態設定。glMatrixMode方法的引數指定了重置操作的型別，像GL10.GL_PROJECTION型別涵蓋了所有的鏡頭引數調整方法，包括gluPerspective（調整相機引數）、glFrustumf（調整透視投影）、glOrthof（調整正投影）三種方法，每次重置GL10.GL_PROJECTION型別，意味著之前的這三種引數設定統統失效。而GL10.GL_MODELVIEW型別涵蓋的是位置變換的相關方法，包括挪動相機的gluLookAt方法，以及挪動物體的glTranslatef/glScalef/glRotatef方法，每次重置GL10.GL_MODELVIEW型別，意味著之前的位置挪動統統失效。

現在瞭解了以上的三維繪圖的常見方法，接下來再看OpenGL的應用程式碼就會比較輕鬆了。先來看看一個最簡單的三維立方體是如何實現的，下面是OpenGL繪製立方體的程式碼例子片段：

public class GlCubeActivity extends Activity {
    private final static String TAG = "GlCubeActivity";
    private GLSurfaceView glsv_content;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_gl_cube);
        initVertexs(); // 初始化立方體的頂點集合，具體說明詳見下一篇文章
        glsv_content = (GLSurfaceView) findViewById(R.id.glsv_content);
        // 註冊渲染器
        glsv_content.setRenderer(new GLRender());
    }

    private class GLRender implements GLSurfaceView.Renderer {
        @Override
        public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
            // 背景：白色
            gl.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
            // 啟動陰影平滑
            gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);
        }

        @Override
        public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
            // 設定輸出螢幕大小
            gl.glViewport(0, 0, width, height);
            // 設定投影矩陣，對應gluPerspective（調整相機）、glFrustumf（調整透視投影）、glOrthof（調整正投影）
            gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
            // 重置投影矩陣，即去掉所有的平移、縮放、旋轉操作
            gl.glLoadIdentity();
            // 設定透檢視視窗大小
            GLU.gluPerspective(gl, 40, (float) width / height, 0.1f, 20.0f);
            // 選擇模型觀察矩陣，對應gluLookAt（人動）、glTranslatef/glScalef/glRotatef（物動）
            gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
            // 重置模型矩陣
            gl.glLoadIdentity();
        }

        @Override
        public void onDrawFrame(GL10 gl) {
            // 清除螢幕和深度快取
            gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
            // 重置當前的模型觀察矩陣
            gl.glLoadIdentity();
            // 設定畫筆顏色
            gl.glColor4f(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);
            // 設定鏡頭的方位
            GLU.gluLookAt(gl, 10.0f, 8.0f, 6.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
            // 旋轉圖形
            //gl.glRotatef(angle, 0, 0, -1);
            //gl.glRotatef(angle, 0, -1, 0);
            // 沿x軸方向移動1個單位
            //gl.glTranslatef(1, 0, 0);
            // x，y，z方向縮放0.1倍
            //gl.glScalef(0.1f, 0.1f, 0.1f);
            // 繪製一個立方體，具體說明詳見下一篇文章
            drawCube(gl);
        }
    }
}

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