【libGDX】使用Mesh绘制三角形

1 Mesh 和 ShaderProgram 简介

1.1 创建 Mesh

​ 1）Mesh 的构造方法

public Mesh(boolean isStatic, int maxVertices, int maxIndices, VertexAttribute... attributes)
public Mesh(boolean isStatic, int maxVertices, int maxIndices, VertexAttributes attributes)

• isStatic：网格是否是静态的，如果网格数据不经常改动，设置为静态的可以优化性能；
• maxVertices：顶点最大个数；
• maxIndices：三角形顶点索引最大个数；
• attributes：顶点属性，主要包含：位置、颜色、法线、纹理坐标等。

​ 2）VertexAttribute 的构造方法

public VertexAttribute(int usage, int numComponents, String alias)

• usage：顶点属性编号；
• numComponents：该属性的维度；
• alias：属性别名，在 Shader 中会用到该别名，建议以 “a_” 开头，如：a_position。

​ 3）网格创建实例

private void initMesh() { // 初始化网格
	float[] vertices = {...}; // 顶点序列
	short[] indices = {...}; // 三角形顶点索引
	VertexAttribute vertexAttr = new VertexAttribute(Usage.Position, 3, "a_position");
	mMesh = new Mesh(true, vertices.length / 3, indices.length, vertexAttr);
	mMesh.setVertices(vertices);
	mMesh.setIndices(indices);
}

1.2 绘制 Mesh

​ 1）Mesh 的 render 方法

public void render(ShaderProgram shader, int primitiveType)
public void render(ShaderProgram shader, int primitiveType, int offset, int count)

• shader：着色器程序；
• primitiveType：图元类型，即：点（GL_POINTS）、线（GL_LINES、GL_LINE_LOOP、GL_LINE_STRIP）、面（GL_TRIANGLES、GL_TRIANGLE_STRIP、GL_TRIANGLE_FAN）；
• offset：顶点数据偏移，通常取 0.
• count：顶点个数。

​ 2）图元类型（primitiveType）

​ 对于线段类型图元，输入顶点序列 abcdef，根据图元类型，组装成的线段如下：

​ 对于三角形类型图元，输入顶点序列 abcdef，根据图元类型，组装成的三角形如下：

1.3 ShaderProgram 简介

​ 1）绑定和释放着色器程序

// 开始渲染(已过时, 内部直接调用bind, 因此可以使用bind方法替换begin方法)
public void begin()
// 绑定着色器程序, 内部调用: gl.glUseProgram(program)
public void bind()
// 结束渲染(已过时, 内部是空实现, 因此可以不调用end方法)
public void end()
// 释放资源
public void dispose()

​ 2）设置着色器程序参数

// 设置整型Uniform变量
public void setUniformi(String name, int value)
// 设置二维整型Uniform向量
public void setUniformi(String name, int value1, int value2)
// 设置三维整型Uniform向量
public void setUniformi(String name, int value1, int value2, int value3)
// 设置四维整型Uniform向量
public void setUniformi(String name, int value1, int value2, int value3, int value4)
// 设置浮点型Uniform变量
public void setUniformf(String name, float value)
public void setUniform1fv(String name, float[] values, int offset, int length)
// 设置vec2型Uniform变量
public void setUniform2fv(String name, float[] values, int offset, int length)
public void setUniformf(String name, float value1, float value2)
public void setUniformf(String name, Vector2 values)
// 设置vec3型Uniform变量
public void setUniform3fv(String name, float[] values, int offset, int length)
public void setUniformf(String name, float value1, float value2, float value3)
public void setUniformf(String name, Vector3 values)
// 设置vec4型Uniform变量
public void setUniform4fv(String name, float[] values, int offset, int length)
public void setUniformf(String name, float value1, float value2, float value3, float value4)
public void setUniformf(String name, Color values)
// 设置三维Uniform矩阵
public void setUniformMatrix(String name, Matrix3 matrix)
// 设置四维Uniform矩阵
public void setUniformMatrix(String name, Matrix4 matrix)

​ 说明：name 可以使用 int 型的 location 变量替换，在 VertexAttributes.Usage 中有定义，如下。

public static final class Usage {
	public static final int Position = 1;
	public static final int ColorUnpacked = 2;
	public static final int ColorPacked = 4;
	public static final int Normal = 8;
	public static final int TextureCoordinates = 16;
	public static final int Generic = 32;
	public static final int BoneWeight = 64;
	public static final int Tangent = 128;
	public static final int BiNormal = 256;
}

2 绘制三角形

​ 本节将使用 Mesh、ShaderProgram、Shader 绘制三角形，OpenGL ES 的实现见博客 → 绘制三角形、绘制彩色三角形，本节完整代码资源见 → 使用Mesh绘制三角形。

2.1 绘制纯色三角形

​ DesktopLauncher.java

package com.zhyan8.game;

import com.badlogic.gdx.backends.lwjgl3.Lwjgl3Application;
import com.badlogic.gdx.backends.lwjgl3.Lwjgl3ApplicationConfiguration;

public class DesktopLauncher {
	public static void main (String[] arg) {
		Lwjgl3ApplicationConfiguration config = new Lwjgl3ApplicationConfiguration();
		config.setForegroundFPS(60);
		config.setTitle("Triangle");
		new Lwjgl3Application(new Triangle(), config);
	}
}

​ Triangle.java

package com.zhyan8.game;

import com.badlogic.gdx.ApplicationAdapter;
import com.badlogic.gdx.Gdx;
import com.badlogic.gdx.graphics.GL30;
import com.badlogic.gdx.graphics.Mesh;
import com.badlogic.gdx.graphics.VertexAttribute;
import com.badlogic.gdx.graphics.VertexAttributes.Usage;
import com.badlogic.gdx.graphics.glutils.ShaderProgram;

public class Triangle extends ApplicationAdapter {
	private ShaderProgram mShaderProgram;
	private Mesh mMesh;

	@Override
	public void create() {
		initShader();
		initMesh();
	}

	@Override
	public void render() {
		Gdx.gl.glClearColor(0.455f, 0.725f, 1.0f, 1.0f);
		Gdx.gl.glClear(GL30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
		// mShaderProgram.begin(); // 已过时, 请使用bind方法替换
		mShaderProgram.bind();
		mMesh.render(mShaderProgram, GL30.GL_TRIANGLES);
		// mShaderProgram.end(); // 已过时, 可以去掉
	}

	@Override
	public void dispose() {
		mShaderProgram.dispose();
		mMesh.dispose();
	}

	private void initShader() { // 初始化着色器程序
		String vertex = Gdx.files.internal("shaders/triangle_vertex.glsl").readString();
		String fragment = Gdx.files.internal("shaders/triangle_fragment.glsl").readString();
		mShaderProgram = new ShaderProgram(vertex, fragment);
	}

	private void initMesh() { // 初始化网格
		float[] vertices = {
			-0.5f, -0.5f, 0.0f,
			0.5f, -0.5f, 0.0f,
			0.0f, 0.5f, 0.0f
		};
		short[] indices = {0, 1, 2};
		VertexAttribute vertexAttr = new VertexAttribute(Usage.Position, 3, "a_position");
		mMesh = new Mesh(true, vertices.length / 3, indices.length, vertexAttr);
		mMesh.setVertices(vertices);
		mMesh.setIndices(indices);
	}
}

​ triangle_vertex.glsl

#version 300 es

in vec3 a_position;

void main() {
    gl_Position = vec4(a_position, 1.0);
}

​ 说明：triangle_vertex.glsl 文件放在【assets / shaders】目录下面。

​ triangle_fragment.glsl

#version 300 es
precision mediump float; // 声明float型变量的精度为mediump

out vec4 fragColor;

void main() {
    fragColor = vec4(1, 0, 0, 1);
}

​ 说明：triangle_fragment.glsl 文件放在【assets / shaders】目录下面。

​ 运行效果如下。

2.2 绘制彩色三角形

​ Triangle.java

package com.zhyan8.game;

import com.badlogic.gdx.ApplicationAdapter;
import com.badlogic.gdx.Gdx;
import com.badlogic.gdx.graphics.GL30;
import com.badlogic.gdx.graphics.Mesh;
import com.badlogic.gdx.graphics.VertexAttribute;
import com.badlogic.gdx.graphics.VertexAttributes.Usage;
import com.badlogic.gdx.graphics.glutils.ShaderProgram;

public class Triangle extends ApplicationAdapter {
	private ShaderProgram mShaderProgram;
	private Mesh mMesh;

	@Override
	public void create() {
		initShader();
		initMesh();
	}

	@Override
	public void render() {
		Gdx.gl.glClearColor(0.455f, 0.725f, 1.0f, 1.0f);
		Gdx.gl.glClear(GL30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
		// mShaderProgram.begin(); // 已过时, 请使用bind方法替换
		mShaderProgram.bind();
		mMesh.render(mShaderProgram, GL30.GL_TRIANGLES);
		// mShaderProgram.end(); // 已过时, 可以去掉
	}

	@Override
	public void dispose() {
		mShaderProgram.dispose();
		mMesh.dispose();
	}

	private void initShader() { // 初始化着色器程序
		String vertex = Gdx.files.internal("shaders/triangle_vertex.glsl").readString();
		String fragment = Gdx.files.internal("shaders/triangle_fragment.glsl").readString();
		mShaderProgram = new ShaderProgram(vertex, fragment);
	}

	private void initMesh() { // 初始化网格
		float[] vertices = {
			// 前3位是顶点位置数据, 后4位是顶点颜色数据
			-0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
			0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
			0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f
		};
		short[] indices = {0, 1, 2};
		VertexAttribute vertexPosition = new VertexAttribute(Usage.Position, 3, "a_position");
		VertexAttribute vertexColor = new VertexAttribute(Usage.ColorUnpacked, 4, "a_color");
		mMesh = new Mesh(true, vertices.length / 7, indices.length, vertexPosition, vertexColor);
		mMesh.setVertices(vertices);
		mMesh.setIndices(indices);
	}
}

​ triangle_vertex.glsl

#version 300 es

in vec3 a_position;
in vec4 a_color;

out vec4 v_color;

void main() {
    gl_Position = vec4(a_position, 1.0);
    v_color = a_color;
}

​ triangle_fragment.glsl

#version 300 es
precision mediump float; // 声明float型变量的精度为mediump

in vec4 v_color;

out vec4 fragColor;

void main() {
    fragColor = v_color;
}

​ 运行效果如下。

2.3 三角形宽高比适配

​ 本节通过引入相机，使得绘制后的三角形宽高比与三角形模型的宽高比一致。

​ Triangle.java

package com.zhyan8.game;

import com.badlogic.gdx.ApplicationAdapter;
import com.badlogic.gdx.Gdx;
import com.badlogic.gdx.graphics.GL30;
import com.badlogic.gdx.graphics.Mesh;
import com.badlogic.gdx.graphics.OrthographicCamera;
import com.badlogic.gdx.graphics.VertexAttribute;
import com.badlogic.gdx.graphics.VertexAttributes.Usage;
import com.badlogic.gdx.graphics.glutils.ShaderProgram;

public class Triangle extends ApplicationAdapter {
	private OrthographicCamera mCamera;
	private ShaderProgram mShaderProgram;
	private Mesh mMesh;

	@Override
	public void create() {
		initCamera();
		initShader();
		initMesh();
	}

	@Override
	public void render() {
		Gdx.gl.glClearColor(0.455f, 0.725f, 1.0f, 1.0f);
		Gdx.gl.glClear(GL30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
		// mShaderProgram.begin(); // 已过时, 请使用bind方法替换
		mShaderProgram.bind();
		mShaderProgram.setUniformMatrix("u_projectionViewMatrix", mCamera.combined);
		mMesh.render(mShaderProgram, GL30.GL_TRIANGLES);
		// mShaderProgram.end(); // 已过时, 可以去掉
	}

	@Override
	public void dispose() {
		mShaderProgram.dispose();
		mMesh.dispose();
	}

	private void initCamera() {
		mCamera = new OrthographicCamera(Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
		mCamera.near = 0.3f;
		mCamera.far = 1000f;
		mCamera.zoom = 0.005f; // 相机缩放级别, 值越大观察范围越大, 看到的图形越小
		mCamera.position.set(0f, 0f, -5f);
		mCamera.lookAt(0, 0, 0);
		mCamera.update();
	}

	private void initShader() { // 初始化着色器程序
		String vertex = Gdx.files.internal("shaders/triangle_vertex.glsl").readString();
		String fragment = Gdx.files.internal("shaders/triangle_fragment.glsl").readString();
		mShaderProgram = new ShaderProgram(vertex, fragment);
	}

	private void initMesh() { // 初始化网格
		float[] vertices = {
			-0.5f, -0.5f, 0.0f,
			0.5f, -0.5f, 0.0f,
			0.0f, 0.5f, 0.0f,
		};
		short[] indices = {0, 1, 2};
		VertexAttribute vertexPosition = new VertexAttribute(Usage.Position, 3, "a_position");
		mMesh = new Mesh(true, vertices.length / 3, indices.length, vertexPosition);
		mMesh.setVertices(vertices);
		mMesh.setIndices(indices);
	}
}

​ 说明：这里设置的三角形底边和高都为 1，即宽高比为 1: 1，我们期望绘制后的三角形宽高比也是 1 : 1，这时就需要通过相机进行变换。

​ triangle_vertex.glsl

#version 300 es

in vec3 a_position;

uniform mat4 u_projectionViewMatrix;

void main() {
    gl_Position = u_projectionViewMatrix * vec4(a_position, 1.0);
}

​ 说明：这里通过正交相机的观察矩阵和投影矩阵变换，实现模型宽高比的适配，也可以对输入坐标的 y 值乘以屏幕宽高比，作为 gl_Position.y 的值。

​ triangle_fragment.glsl

#version 300 es
precision mediump float; // 声明float型变量的精度为mediump

out vec4 fragColor;

void main() {
    fragColor = vec4(0, 1, 0, 0);
}

​ 运行效果如下，可以看到，绘制后的三角形宽高比也是 1 : 1。

​ 声明：本文转自【libGDX】使用Mesh绘制三角形。