Android显示系统(08)- OpenGL ES - 图片拉伸

Android显示系统(01)- 架构分析
Android显示系统(02)- OpenGL ES - 概述
Android显示系统(03)- OpenGL ES - GLSurfaceView的使用
Android显示系统(04)- OpenGL ES - Shader绘制三角形
Android显示系统(05)- OpenGL ES - Shader绘制三角形(使用glsl文件)
Android显示系统(06)- OpenGL ES - VBO和EBO和VAO
Android显示系统(07)- OpenGL ES - 纹理Texture
Android显示系统(08)- OpenGL ES - 图片拉伸
Android显示系统(09)- SurfaceFlinger的使用
Android显示系统(10)- SurfaceFlinger内部结构
Android显示系统(11)- 向SurfaceFlinger申请Surface
Android显示系统(12)- 向SurfaceFlinger申请Buffer
Android显示系统(13)- 向SurfaceFlinger提交Buffer

一、前言:

前面介绍了OpenGL当中通过纹理渲染图片的方法,但是,渲染出来的图片明显被拉伸,本文介绍下如何对抗这种拉伸。

二、防止被拉伸的方法:

1、什么是拉伸:

在这里插入图片描述

如上图所示,我本来要笑得很开心,就像左边图片一样,结果笑抽了,像右边一样了。这里面有个视口的概念,视口是指在屏幕上用于显示图形的矩形区域。

2、如何避免:

我们发现上图被拉伸是因为默认情况下视口大小就是屏幕大小,所以图片宽高比和屏幕宽高比不一样肯定就会被拉伸了。所以,我们将视口的宽高和照片保持一致是不是就可以正常显示了?这样的确可以解决问题,但是会存在一种情况,就是,如果照片很小,就像下图一样了:

在这里插入图片描述

是不是非常奇怪?因此,我们一般的做法就是:根据宽高比,选择宽顶到屏幕两头,或者长顶到屏幕两头!

具体调整方法:视口调整或者投影调整,下面详细分析:

三、视口调整:

注意,下图中视口的红线其实和照片一样大,为了让大家看清,留了一点空白。

在这里插入图片描述

最终结果就如上图所示。步骤如下:

  • 计算视口的宽高比:

    以图片宽高比和窗口宽高比为基础来决定视口的大小。首先计算宽高比:

    float textureWidth = 300.0f;
    float textureHeight = 200.0f;
    float windowWidth = 640.0f;
    float windowHeight = 480.0f;
    
    float textureAspectRatio = (float) textureWidth / textureHeight;
    float windowAspectRatio = (float) windowWidth / windowHeight;
    
  • 决定视口的大小:

    基于比较这两个宽高比,设置适合的视口:

    • 情况 1:窗口宽高比大于图片宽高比

      在这种情况下,窗口是较宽的,使用图片的高度为基准:

      if (windowAspectRatio > textureAspectRatio) {
             
             
          // 使用窗口高度作为基准
          float adjustedWidth = textureAspectRatio * windowHeight; // 调整后的宽度
          int viewportX = (windowWidth - adjustedWidth) / 2; // 左侧留白
          glViewport(viewportX, 0, adjustedWidth, windowHeight); // 设置视口
      } else {
             
             
          // 情况2
      }
      
    • 情况 2:窗口宽高比小于图片宽高比

      在这种情况下,窗口是较窄的,使用图片的宽度为基准:

      else {
             
             
          // 使用窗口宽度作为基准
          float adjustedHeight = (1.0f / textureAspectRatio) * windowWidth; // 调整后的高度
          int viewportY = (windowHeight - adjustedHeight) / 2; // 上侧留白
          glViewport(0, viewportY, windowWidth, adjustedHeight); // 设置视口
      }
      

在Android中我们有了图片的起始位置(左上角坐标)和宽高就可以调用下面函数完成视口调整:

glViewport(X, Y, vWidth, vHeight)

四、投影调整:

1、定义:

我们之前说了,在渲染管线的投影变换阶段有两种选择:正交变换透视变换,其中透视变换一般用于显示3D效果,物体距离观察者越远,尺寸越小,造成深度感,一般适用于电影、游戏等场景;而正交变换一般用于显示2D图片,无论距离如何,物体的尺寸保持不变,因此我们选择正交变换

  • 透视投影:

    在这里插入图片描述

  • 正交投影:

    在这里插入图片描述

2、正交投影特点:

  • 无失真:物体的各个部分间的相对关系保持不变。
  • 平行线:在投影过程中,平行线在投影后仍然平行。
  • 均匀缩放:物体在距离视点的远近时大小不会变化。

3、投影平面:

通常选择Z=0平面作为投影平面(Z轴等于0,也就是说三维空间中变成二维的XY平面)。

4、正交投影的过程:

在这里插入图片描述

可以看出,先平移到坐标系的远点和物体模型的几何中心重合,再缩放成单位立方体,最后将3D模型投影到2D屏幕上。也就是平移和缩放两步。

之前章节介绍过,投影过程中需要三个矩阵,我们一般叫做MVP,MVP 是指 Model-View-Projection(模型-视图-投影)矩阵,是一种常用的矩阵变换组合,用于将三维场景中的对象坐标转换为最终在二维屏幕上呈现的坐标。

  • Model Matrix(模型矩阵):用于将对象从局部坐标系转换到世界坐标系(即将对象放置到世界空间中的合适位置)。
  • View Matrix(视图矩阵):描述了观察者的位置和方向,将世界坐标系中的对象转换到观察者的视角坐标系。视图矩阵实际上是观察者逆向移动的矩阵。
  • Projection Matrix(投影矩阵):用于将观察坐标系中的对象投影到屏幕坐标系,定义了视锥体的几何形状,包括透视投影和正交投影。

一般情况下M我们不设置,或者设置为单位矩阵即可。V和P是需要我们计算出来的。

5、视图矩阵(V):

要构建相机的视图矩阵,以确定观察者的位置和方向。这个方法通常与 OpenGL ES 中的相机视图转换相关联。

主要通过 Matrix.setLookAtM() 方法完成:

  • 方法签名

    public static void setLookAtM(float[] rm, int rmOffset,
                                   float eyeX, float eyeY, float eyeZ,
                                   float centerX, float centerY, float centerZ,
                                   float upX, float upY, float upZ)
    
  • 参数

    • rm:目标矩阵,即要设置视图矩阵的目标数组。
    • rmOffset:目标矩阵的偏移量。
    • eyeX, eyeY, eyeZ:摄像机看向哪儿。
    • centerX, centerY, centerZ:摄像机观察的目标位置的坐标。
    • upX, upY, upZ:摄像机的朝向向量。
  • 功能setLookAtM() 方法的作用是根据摄像机的位置、观察目标的位置和朝向向量,设置视图矩阵。这个视图矩阵描述了一个摄像机从指定位置观看指定目标的视角。

  • 使用示例:下面是一个简单的示例代码,演示如何使用 Matrix.setLookAtM() 方法设置视图矩阵:

    float[] viewMatrix = new float[16];
    Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0,
                      eyeX, eyeY, eyeZ,
                      centerX, centerY, centerZ,
                      upX, upY, upZ);
    

6、投影矩阵(P):

正交投影矩阵用于定义如何将三维坐标转换为二维坐标。设定参数包括视口的左、右、下、上、近、远平面值。通用格式如下:

在这里插入图片描述

  • L (Left): 左侧边界
  • R (Right): 右侧边界
  • B (Bottom): 下侧边界
  • T (Top): 上侧边界
  • N (Near): 近剪裁平面
  • F (Far): 远剪裁平面

上面的矩阵如此负责,我们平时怎么记住,或者怎么构建呢?在Android中提供了如下方法,我们调用一下就会生成正交投影矩阵:

Matrix.othroM(mvpM, offset, l, r, b, t, n, f)
  • mvpM:目标数组,用于存储生成的正交投影矩阵。
  • offset:目标数组中的偏移量,指定从哪个位置开始存储矩阵数据,一般设置为0。
  • l, r, b, t:定义了正交投影矩阵的左、右、底和顶面边界。
  • n:近裁剪面(near clipping plane)的距离,即视锥体近端的距离。
  • f:远裁剪面(far clipping plane)的距离,即视锥体远端的距离。

由于图片是二维的,所以nf不会改变,我们将它们设置为-1和1即可。

对于宽高来说,则需要根据实际情况来设定。如果上下留白,则左右设置为-1, 1;如果左右留白,则上下设置为-1,1。

所以,我们又像视口变换一样,来到一张二维图片了,根据,宽高比分类讨论。

矩阵宽高计算算法

  • 当图片宽高比大于窗口宽高比
    • 这意味着图片更“宽”相对于窗口。例如,窗口是竖直的,而图片是横向的。
    • 计算模型的高度(tb)时,用图片的宽高比除以窗口的宽高比:tb = (WI/HI) / (WW/HW)
    • 设置正交投影矩阵的上边界 (t) 和下边界 (b) 为 -tbtb。这确保了在Y轴方向上,图片能够适当缩放以不失真。
  • 当图片宽高比小于或等于窗口宽高比
    • 这意味着图片更“高”相对于窗口。例如,窗口是横向的,而图片是竖直的。
    • 计算模型的宽度(lr):lr = (WW/HW) / (WI/HI) ;
    • 设置正交投影矩阵的左边界 (l) 和右边界 (r) 为 -lrlr。这确保了在X轴方向上,图片能够适当缩放以不失真。

这样我们就得到了正确的正交变换矩阵,之后用这个正交变换矩阵就可以将图片正确的渲染到屏幕上。

7、MVP生成:

Matrix.multiplyMM() 是 Android 提供的用于矩阵相乘的方法,用于将两个 4x4 的浮点数矩阵相乘,并将结果存储在一个目标矩阵中。这个方法通常用于进行矩阵变换,比如将模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵相乘,以生成 MVP(Model-View-Projection)矩阵。

以下是关于 Matrix.multiplyMM() 方法的一些重要信息:

  • 方法签名

    public static void multiplyMM(float[] result, int resultOffset,
                                   float[] lhs, int lhsOffset, float[] rhs, int rhsOffset)
    
  • 参数

    • result:存储结果的目标矩阵数组。
    • resultOffset:目标矩阵的偏移量。
    • lhs:左矩阵数组(第一个矩阵)。
    • lhsOffset:左矩阵的偏移量。
    • rhs:右矩阵数组(第二个矩阵)。
    • rhsOffset:右矩阵的偏移量。
  • 功能

    multiplyMM() 方法将两个 4x4 的浮点数矩阵相乘,即左矩阵和右矩阵相乘,结果存储在目标矩阵中。这种矩阵相乘通常用于进行复合变换,例如将模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵相乘。

  • 使用示例:下面是一个简单的示例代码,演示如何使用 Matrix.multiplyMM() 方法进行矩阵相乘:

    float[] resultMatrix = new float[16];
    Matrix.multiplyMM(resultMatrix, 0, modelMatrix, 0, viewMatrix, 0);
    Matrix.multiplyMM(resultMatrix, 0, resultMatrix, 0, projectionMatrix, 0);
    

8、编码示例:

 private void calculateProjection(int windowWidth, int windowHeight) {
   
   
        float imageWidth = textureBitmap.getWidth();
        float imageHeight = textureBitmap.getHeight();

        float imageAspectRatio = imageWidth / imageHeight;
        float windowAspectRatio = (float) windowWidth / (float) windowHeight;

        // 正交投影参数
        float left, right, bottom, top;

        if (imageAspectRatio > windowAspectRatio) {
   
   
            // 图片相对窗口更宽
            float tb = (imageWidth / imageHeight) / (windowWidth / (float) windowHeight);
            top = tb;
            bottom = -tb;
            left = -1; // 可根据实际需求调整
            right = 1;  // 可根据实际需求调整
        } else {
   
   
            // 图片相对窗口更高或相等
            float lr = (windowWidth / (float) windowHeight) / (imageWidth / imageHeight);
            left = -lr;
            right = lr;
            top = 1; // 可根据实际需求调整
            bottom = -1; // 可根据实际需求调整
        }

        // 更新正交投影矩阵
        float[] projectionMatrix = new float[16];
        Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, left, right, bottom, top);
        square.setProjectionMatrix(projectionMatrix); // 这个square是你自定义的类来处理绘制
    }

关键点总结:

  • 计算正交投影矩阵
    • calculateProjection方法中,根据图片和窗口的宽高比计算并更新投影矩阵。
  • 根据条件设置矩阵的边界
    • 当图片宽高比大于窗口宽高比时,调整模型的高度。
    • 当图片宽高比小于或等于窗口宽高比时,调整模型的宽度。
  • 设置和渲染图像
    • 图片加载、绘制等逻辑将在Square类中进行。

五、编码实战:

我们需要对两种方式都进行编码验证。

1、视口变换:

  • 定义变量:

    文件路径:com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

        private int mSurfaceWidth = 0; // 窗口宽
        private int mSurfaceHeight = 0; // 窗口高
        private int mViewportWidth = 0; // 视口宽
        private int mViewportHeight = 0; // 视口高
        private int mViewportX = 0; // 视口起始横坐标
        private int mViewportY = 0; // 视口起始纵坐标
    	private Bitmap mBitmap;
    

    注意,我顺便将图片操作挪到GLRenderTest当中了,之前是在com/example/glsurfaceviewdemo/TextureRender.java当中,通过构造函数传递给TextureRender即可。

  • 图片加载函数挪位置:

        public TextureRender(Context context, Bitmap bitmap) {
         
         
            mContext = context;
            mBitmap = bitmap;
            initialize();
        }
    

    对应GLRenderTest也需要修改:

        public GLRenderTest(Context context) {
         
         
            this.mContext = context;
            mBitmap = loadImage();
        }
        // 加载图片
        private Bitmap loadImage() {
         
         
            BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
            options.inScaled = false;
            return BitmapFactory.decodeResource(mContext.getResources(), R.drawable.android_logo, options);
        }
        public void onDestroy() {
         
         
            // mTriangle.release();
            mBitmap.recycle(); // 回收bitmap
            mTextureRender.release();
        }
    
  • 添加视口变换函数:

    文件路径:com/example/glsurfaceviewdemo/GLRenderTest.java

        // 视口变换:通过调整视口大小,保证图片不被拉伸
        private void calculateViewport() {
         
         
            // 获取图片的宽高比
            float imageRatio = (float) mBitmap.getWidth() / mBitmap.getHeight();
            Log.e("Bitmap", "Bitmap111 width: " + mBitmap.getWidth() + ", height: " + mBitmap.getHeight());
            // 获取surface(窗口)的宽高比
            float surfaceRatio = (float) mSurfaceWidth / mSurfaceHeight;
    
            if (imageRatio > surfaceRatio) {
         
         
                // 图片宽高比大于窗口的宽高比,按照宽度填满
                mViewportWidth = mSurfaceWidth;
                mViewportHeight = (int) (mSurfaceWidth 
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值