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前面两篇文章我们介绍了OpenGL相关的基本知识，现在我们已经会绘制基本的图案了，但是还远远不能满足我们的需求。我们要做的是显示任意的模型，这也是本文所要做的事情。在阅读本文之前，请先确保你已经看过我前面两篇文章：

【Android OpenGL入门】

【Android OpenGL 显示基本图形及相关概念解读】

虽然标题是说显示任意3D文件，但是本文主要是以STL格式文件为例。其他的格式本质上都是一样的，只是解析部分的代码不同而已。接下来我们开始学习~

1 STL文件

它是标准的3D文件格式，一般3D打印机都是支持打印STL文件，关于STL文件的格式、以及相关介绍请参考百度百科：【stl格式】。当然了，我在代码的注释中也会进行相关解释。

1.1 解析准备

首先，在解析STL文件格式之前，我们需要进行构思。我们无非就是把STL文件中的三角形的顶点信息提取出来。因此我们的主要目标就是把所有点信息读取出来。

但是，3D模型的坐标位置很随机，大小也随机。而不同的模型所处的位置不同，为了能够让模型处于手机显示中心，我们必须对模型进行移动、放缩处理。使得任意大小、任意位置的模型都能在我们的GLSurfaceView中以“相同”的大小显示。

因此，我们不仅仅要读取顶点信息，而且还要获取模型的边界信息。我们想象成一个立方体，这个立方体刚好包裹住模型。即我们要读取x、y、z三个方向上的最大值最小值。

1.2 开始解析

首先，我们定义一个Model类，用于表示一个模型对象：

package com.hc.opengl;import java.nio.FloatBuffer;/*** Package com.hc.opengl* Created by HuaChao on 2016/7/28.*/
public class Model {//三角面个数private int facetCount;//顶点坐标数组private float[] verts;//每个顶点对应的法向量数组private float[] vnorms;//每个三角面的属性信息private short[] remarks;//顶点数组转换而来的Bufferprivate FloatBuffer vertBuffer;//每个顶点对应的法向量转换而来的Bufferprivate FloatBuffer vnormBuffer;//以下分别保存所有点在x,y,z方向上的最大值、最小值float maxX;float minX;float maxY;float minY;float maxZ;float minZ;//返回模型的中心点//注意，下载的源码中，此函数修改修正如下public Point getCentrePoint() {float cx = minX + (maxX - minX) / 2;float cy = minY + (maxY - minY) / 2;float cz = minZ + (maxZ - minZ) / 2;return new Point(cx, cy, cz);}//包裹模型的最大半径public float getR() {float dx = (maxX - minX);float dy = (maxY - minY);float dz = (maxZ - minZ);float max = dx;if (dy > max)max = dy;if (dz > max)max = dz;return max;}//设置顶点数组的同时，设置对应的Bufferpublic void setVerts(float[] verts) {this.verts = verts;vertBuffer = Util.floatToBuffer(verts);}//设置顶点数组法向量的同时，设置对应的Bufferpublic void setVnorms(float[] vnorms) {this.vnorms = vnorms;vnormBuffer = Util.floatToBuffer(vnorms);}//···//其他属性对应的setter、getter函数//···}

接下来就是将stl文件转换成Model对象，我们定义一个STLReader类:

package com.hc.opengl;import android.content.Context;import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;/*** Package com.hc.opengl* Created by HuaChao on 2016/7/28.*/
public class STLReader {private StlLoadListener stlLoadListener;public Model parserBinStlInSDCard(String path)throws IOException {File file = new File(path);FileInputStream fis = new FileInputStream(file);return parserBinStl(fis);}public Model parserBinStlInAssets(Context context, String fileName) throws IOException {InputStream is = context.getAssets().open(fileName);return parserBinStl(is);}//解析二进制的Stl文件public Model parserBinStl(InputStream in) throws IOException {if (stlLoadListener != null)stlLoadListener.onstart();Model model = new Model();//前面80字节是文件头，用于存贮文件名；in.skip(80);//紧接着用 4 个字节的整数来描述模型的三角面片个数byte[] bytes = new byte[4];in.read(bytes);// 读取三角面片个数int facetCount = Util.byte4ToInt(bytes, 0);model.setFacetCount(facetCount);if (facetCount == 0) {in.close();return model;}// 每个三角面片占用固定的50个字节byte[] facetBytes = new byte[50 * facetCount];// 将所有的三角面片读取到字节数组in.read(facetBytes);//数据读取完毕后，可以把输入流关闭in.close();parseModel(model, facetBytes);if (stlLoadListener != null)stlLoadListener.onFinished();return model;}/*** 解析模型数据，包括顶点数据、法向量数据、所占空间范围等*/private void parseModel(Model model, byte[] facetBytes) {int facetCount = model.getFacetCount();/***  每个三角面片占用固定的50个字节,50字节当中：*  三角片的法向量：（1个向量相当于一个点）*（3维/点）*（4字节浮点数/维）=12字节*  三角片的三个点坐标：（3个点）*（3维/点）*（4字节浮点数/维）=36字节*  最后2个字节用来描述三角面片的属性信息* **/// 保存所有顶点坐标信息,一个三角形3个顶点，一个顶点3个坐标轴float[] verts = new float[facetCount * 3 * 3];// 保存所有三角面对应的法向量位置，// 一个三角面对应一个法向量，一个法向量有3个点// 而绘制模型时，是针对需要每个顶点对应的法向量，因此存储长度需要*3// 又同一个三角面的三个顶点的法向量是相同的，// 因此后面写入法向量数据的时候，只需连续写入3个相同的法向量即可float[] vnorms = new float[facetCount * 3 * 3];//保存所有三角面的属性信息short[] remarks = new short[facetCount];int stlOffset = 0;try {for (int i = 0; i < facetCount; i++) {if (stlLoadListener != null) {stlLoadListener.onLoading(i, facetCount);}for (int j = 0; j < 4; j++) {float x = Util.byte4ToFloat(facetBytes, stlOffset);float y = Util.byte4ToFloat(facetBytes, stlOffset + 4);float z = Util.byte4ToFloat(facetBytes, stlOffset + 8);stlOffset += 12;if (j == 0) {//法向量 vnorms[i * 9] = x;vnorms[i * 9 + 1] = y;vnorms[i * 9 + 2] = z;vnorms[i * 9 + 3] = x;vnorms[i * 9 + 4] = y;vnorms[i * 9 + 5] = z;vnorms[i * 9 + 6] = x;vnorms[i * 9 + 7] = y;vnorms[i * 9 + 8] = z;} else {//三个顶点verts[i * 9 + (j - 1) * 3] = x;verts[i * 9 + (j - 1) * 3 + 1] = y;verts[i * 9 + (j - 1) * 3 + 2] = z;//记录模型中三个坐标轴方向的最大最小值if (i == 0 && j == 1) {model.minX = model.maxX = x;model.minY = model.maxY = y;model.minZ = model.maxZ = z;} else {model.minX = Math.min(model.minX, x);model.minY = Math.min(model.minY, y);model.minZ = Math.min(model.minZ, z);model.maxX = Math.max(model.maxX, x);model.maxY = Math.max(model.maxY, y);model.maxZ = Math.max(model.maxZ, z);}}}short r = Util.byte2ToShort(facetBytes, stlOffset);stlOffset = stlOffset + 2;remarks[i] = r;}} catch (Exception e) {if (stlLoadListener != null) {stlLoadListener.onFailure(e);} else {e.printStackTrace();}}//将读取的数据设置到Model对象中model.setVerts(verts);model.setVnorms(vnorms);model.setRemarks(remarks);}public static interface StlLoadListener {void onstart();void onLoading(int cur, int total);void onFinished();void onFailure(Exception e);}
}

注意到，我们需要频繁的将byte数组转为short、float类型，我们直接把这些函数装到一个工具类Util中：

package com.hc.opengl;import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;/*** Package com.hc.opengl* Created by HuaChao on 2016/7/28.*/
public class Util {public static FloatBuffer floatToBuffer(float[] a) {//先初始化buffer，数组的长度*4，因为一个float占4个字节ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(a.length * 4);//数组排序用nativeOrderbb.order(ByteOrder.nativeOrder());FloatBuffer buffer = bb.asFloatBuffer();buffer.put(a);buffer.position(0);return buffer;}public static int byte4ToInt(byte[] bytes, int offset) {int b3 = bytes[offset + 3] & 0xFF;int b2 = bytes[offset + 2] & 0xFF;int b1 = bytes[offset + 1] & 0xFF;int b0 = bytes[offset + 0] & 0xFF;return (b3 << 24) | (b2 << 16) | (b1 << 8) | b0;}public static short byte2ToShort(byte[] bytes, int offset) {int b1 = bytes[offset + 1] & 0xFF;int b0 = bytes[offset + 0] & 0xFF;return (short) ((b1 << 8) | b0);}public static float byte4ToFloat(byte[] bytes, int offset) {return Float.intBitsToFloat(byte4ToInt(bytes, offset));}}

为了更好的表示三维坐标系下的一个点，我们定义Point类：

/*** Package com.hc.opengl* Created by HuaChao on 2016/7/28.*/
public class Point {public float x;public float y;public float z;public Point(float x, float y, float z) {this.x = x;this.y = y;this.z = z;}
}

2 编写Render

上一节我们只是拿数据而已，还没开始绘制，真正的大招现在才开始。因为我们目标是显示任意模型，因此，必须把模型移动到我们的“视野”中，才能看得到（当然了，如果图形本身就是在我们的视野中，那就不一定需要这样的操作了）。废话不多说，直接看源码：

 /*** Package com.hc.opengl* Created by HuaChao on 2016/7/28.*/
public class GLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {private Model model;private Point mCenterPoint;private Point eye = new Point(0, 0, -3);private Point up = new Point(0, 1, 0);private Point center = new Point(0, 0, 0);private float mScalef = 1;private float mDegree = 0;public GLRenderer(Context context) {try {model = new STLReader().parserBinStlInAssets(context, "huba.stl");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public void rotate(float degree) {mDegree = degree;}@Overridepublic void onDrawFrame(GL10 gl) {// 清除屏幕和深度缓存gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);gl.glLoadIdentity();// 重置当前的模型观察矩阵//眼睛对着原点看 GLU.gluLookAt(gl, eye.x, eye.y, eye.z, center.x,center.y, center.z, up.x, up.y, up.z);//为了能有立体感觉，通过改变mDegree值，让模型不断旋转gl.glRotatef(mDegree, 0, 1, 0);//将模型放缩到View刚好装下gl.glScalef(mScalef, mScalef, mScalef);//把模型移动到原点gl.glTranslatef(-mCenterPoint.x, -mCenterPoint.y,-mCenterPoint.z);//===================begin==============================////允许给每个顶点设置法向量gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);// 允许设置顶点gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);// 允许设置颜色//设置法向量数据源gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVnormBuffer());// 设置三角形顶点数据源gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVertBuffer());// 绘制三角形gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, model.getFacetCount() * 3);// 取消顶点设置gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);//取消法向量设置gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);//=====================end============================//}@Overridepublic void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {// 设置OpenGL场景的大小,(0,0)表示窗口内部视口的左下角，(width, height)指定了视口的大小gl.glViewport(0, 0, width, height);gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); // 设置投影矩阵gl.glLoadIdentity(); // 设置矩阵为单位矩阵，相当于重置矩阵GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, ((float) width) / height, 1f, 100f);// 设置透视范围//以下两句声明，以后所有的变换都是针对模型(即我们绘制的图形)gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);gl.glLoadIdentity();}@Overridepublic void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 启用深度缓存gl.glClearDepthf(1.0f); // 设置深度缓存值gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 设置深度缓存比较函数gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 设置阴影模式GL_SMOOTHfloat r = model.getR();//r是半径，不是直径，因此用0.5/r可以算出放缩比例mScalef = 0.5f / r;mCenterPoint = model.getCentrePoint();}
}

在MainActivity中不断调用旋转函数：

package com.hc.opengl;public class MainActivity extends AppCompatActivity {private boolean supportsEs2;private GLSurfaceView glView;private float rotateDegreen = 0;private GLRenderer glRenderer;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);checkSupported();if (supportsEs2) {glView = new GLSurfaceView(this);glRenderer = new GLRenderer(this);glView.setRenderer(glRenderer);setContentView(glView);} else {setContentView(R.layout.activity_main);Toast.makeText(this, "当前设备不支持OpenGL ES 2.0!", Toast.LENGTH_SHORT).show();}}public void rotate(float degree) {glRenderer.rotate(degree);glView.invalidate();}private Handler handler = new Handler() {@Overridepublic void handleMessage(Message msg) {rotate(rotateDegreen);}};@Overrideprotected void onResume() {super.onResume();if (glView != null) {glView.onResume();//不断改变rotateDegreen值，实现旋转new Thread() {@Overridepublic void run() {while (true) {try {sleep(100);rotateDegreen += 5;handler.sendEmptyMessage(0x001);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}.start();}}private void checkSupported() {ActivityManager activityManager = (ActivityManager) getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);ConfigurationInfo configurationInfo = activityManager.getDeviceConfigurationInfo();supportsEs2 = configurationInfo.reqGlEsVersion >= 0x2000;boolean isEmulator = Build.VERSION.SDK_INT > Build.VERSION_CODES.ICE_CREAM_SANDWICH_MR1&& (Build.FINGERPRINT.startsWith("generic")|| Build.FINGERPRINT.startsWith("unknown")|| Build.MODEL.contains("google_sdk")|| Build.MODEL.contains("Emulator")|| Build.MODEL.contains("Android SDK built for x86"));supportsEs2 = supportsEs2 || isEmulator;}@Overrideprotected void onPause() {super.onPause();if (glView != null) {glView.onPause();}}}

3 最后一步

一切看起来都已经完成了，但似乎少了点什么。啊哈~，少了STL文件，其实网上有很多STL模型文件免费下载，大家可以随便搜索。我下载了一个胡巴的模型：

下载完成后，运行如下：

看到结果是不是觉得很失望？貌似看不到轮廓，其实，主要是跟灯光有关，我们程序中没有设置灯光。我们知道，我们在真实世界中看到物体主要是物体表面发生漫反射。我们所看到的物体跟光源的位置、物体的材质等等有关。另外，也可以通过贴纹理来做到。但是到目前为止，我们还没有这些知识，代码里面也没有涉及到这些，因此我们这能看到当前这个样子。后面我们会继续深入学习相关知识，欢迎关注~。

好啦，最后献上源码吧~，注意，下载的源码中Model类的getCentrePoint函数需要修改，请以本文中的Model类为主。

源码地址：http://download.csdn.net/detail/huachao1001/9588619

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