Android OpenGL射线拾取&手势旋转（一）

Android OpenGL射线拾取&手势旋转

参考了《OPhone 3D开发之射线拾取》一文。一是通过射线拾取监听正方体各面的点击事件，二是使用绕任意轴旋转实现正方体一直按手势方向进行旋转（即无论正方体如何翻转，旋转方向一直跟随手势方向）。





图1 样例效果图

一、我的OpenGL概念
1）OpenGL坐标系
OpenGL为右手笛卡尔坐标系统。这么描述吧：高抬右手，大拇指向右、食指向上、中指弯90°。大拇指方向为X正轴方向（从左到右），食指方向为Y正轴方向（从下到上），中指呢就是Z正轴方向（从里到外）。
绕轴旋转，遵循右手法则。例如右手握住Y轴，大拇指指向Y正轴方向，四指弯曲方向即为绕轴旋转方向。
（以上手头文档发现都没描述==，记忆里是这样的，有误还请指正！）

OpenGL中从三维场景到屏幕图形要经历如下所示的变换过程：模型坐标->世界坐标->观察坐标->投影坐标->设备坐标。
其中四种坐标经常要在程序中用到：物体坐标（也叫模型坐标、局部坐标），世界坐标，眼坐标（也叫观察坐标)和设备坐标。
世界坐标即刚开始描述的坐标系统，是用来描述OpenGL中的场景。

OpenGL中的坐标变换都是通过矩阵运算完成的，与图形学课本描述一致。由于样例工做了一些自己的矩阵变换，有些概念最好过目一下。小弟也就过目了下^^，了解矩阵为啥都是4X4的，以及简单的缩放矩阵、平移矩阵什么的就成。在这基础上写绕任意单位轴旋转任意角度的矩阵时，就不至于迷茫了。

2）OpenGL库函数
貌似有核心库(gl)、实用库(glu)、辅助库(aux)、实用工具库(glut)、窗口库(glx、agl、wgl)和扩展函数库等==。也就不详细说了（事实上是，我没用过啊T^T）。
样例工程很简单的，知道下Java层的GL10和GLU就成了-_-!

3）OpenGL的学习
空间几何：和我一样已经生疏了的同学，还请搜“空间解析几何与向量代数”。
线性代数：这门课的书，都卖了没啊？仍上学的不算==。
图形学：这个不懂啊，总之学OpenGL要看这个T^T。
OpenGL：OpenGL编程指南^^，就从这开始吧。瞄过，还不错的样子。

小弟路走岔了，不是从事OpenGL的，上述也就是自己瞎磨叽的。不过应该是这样的吧，应该错不了==。

二、射线拾取概念
1）什么是拾取
根据2D屏幕坐标来选取3D空间中图元的操作，就是拾取。

2）拾取射线
搬个拾取原理图过来^^。




图2.2 拾取原理图
z = 0处为视锥体近剪裁面，z = 1处为远剪裁面。拾取射线，就是由触摸位置在近剪裁面上的位置P0，以及在远剪裁面上的位置P1所组成的，其中，P0为射线原点，射线由P0发射指向P1。概括点就是，2D平面的一个点映射至3D空间为一射线。

好吧，这严重涉及了我们工程的目标之一：点击立方体某一面触发某事件。样例工程做的是渲染选中的三角以及提示当前选中了哪面。

三、主要实现内容
1）正方体类：Cube.java
绘制正方体所需的相关信息，以及射线与其的碰撞检测方法（及射线与正方形各个小三角形的碰撞检测）、返回外接圆信息的方法（用于快速排除外切圆区域外的触摸事件）。

public class Cube {

public static final int VERTEX_BUFFER = 0;
public static final int TEXTURE_BUFFER = 1;

private float one = 1.0f;

// 立方体顶点坐标
private float[] vertices = new float[] { -one, -one, one, one, -one, one,
one, one, one, -one, one, one, -one, -one, -one, -one, one, -one,
one, one, -one, one, -one, -one, -one, one, -one, -one, one, one,
one, one, one, one, one, -one, -one, -one, -one, one, -one, -one,
one, -one, one, -one, -one, one, one, -one, -one, one, one, -one,
one, one, one, one, -one, one, -one, -one, -one, -one, -one, one,
-one, one, one, -one, one, -one };

// 立方体纹理坐标
private float[] texCoords = new float[] { one, 0, 0, 0, 0, one, one, one,
0, 0, 0, one, one, one, one, 0, one, one, one, 0, 0, 0, 0, one, 0,
one, one, one, one, 0, 0, 0, 0, 0, 0, one, one, one, one, 0, one,
0, 0, 0, 0, one, one, one };

// 三角形描述顺序
private byte[] indices = new byte[] { 0, 1, 3, 2, 4, 5, 7, 6, 8, 9, 11, 10,
12, 13, 15, 14, 16, 17, 19, 18, 20, 21, 23, 22 };

// 触碰的立方体某一面的标记（0-5）
public int surface = -1;

// 获得坐标的缓存对象
public FloatBuffer getCoordinate(int coord_id) {
switch (coord_id) {
case VERTEX_BUFFER:
return getDirectBuffer(vertices);
case TEXTURE_BUFFER:
return getDirectBuffer(texCoords);
default:
throw new IllegalArgumentException();
}
}

// 获得三角形描述顺序
public ByteBuffer getIndices() {
return ByteBuffer.wrap(indices);
}

public FloatBuffer getDirectBuffer(float[] buffer) {
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(buffer.length * 4);
bb.order(ByteOrder.nativeOrder());
FloatBuffer directBuffer = bb.asFloatBuffer();
directBuffer.put(buffer);
directBuffer.position(0);
return directBuffer;
}

// 返回立方体外切圆的中心点
public Vector3f getSphereCenter() {
return new Vector3f(0, 0, 0);
}

// 返回立方体外切圆的半径（√3）
public float getSphereRadius() {
return 1.732051f;
}

private static Vector4f location = new Vector4f();

/**
* 射线与模型的精确碰撞检测
*
* @param ray
*            - 转换到模型空间中的射线
* @param trianglePosOut
*            - 返回的拾取后的三角形顶点位置
* @return 如果相交，返回true
*/
public boolean intersect(Ray ray, Vector3f[] trianglePosOut) {
boolean bFound = false;
// 存储着射线原点与三角形相交点的距离
// 我们最后仅仅保留距离最近的那一个
float closeDis = 0.0f;

Vector3f v0, v1, v2;

// 立方体6个面
for (int i = 0; i < 6; i++) {

// 每个面两个三角形
for (int j = 0; j < 2; j++) {
if (0 == j) {
v0 = getVector3f(indices[i * 4 + j]);
v1 = getVector3f(indices[i * 4 + j + 1]);
v2 = getVector3f(indices[i * 4 + j + 2]);
} else {
// 第二个三角形时，换下顺序，不然会渲染到立方体内部
v0 = getVector3f(indices[i * 4 + j]);
v1 = getVector3f(indices[i * 4 + j + 2]);
v2 = getVector3f(indices[i * 4 + j + 1]);
}

// 进行射线和三角行的碰撞检测
if (ray.intersectTriangle(v0, v1, v2, location)) {
// 如果发生了相交
if (!bFound) {
// 如果是初次检测到，需要存储射线原点与三角形交点的距离值
bFound = true;
closeDis = location.w;
trianglePosOut[0].set(v0);
trianglePosOut[1].set(v1);
trianglePosOut[2].set(v2);
surface = i;
} else {
// 如果之前已经检测到相交事件，则需要把新相交点与之前的相交数据相比较
// 最终保留离射线原点更近的
if (closeDis > location.w) {
closeDis = location.w;
trianglePosOut[0].set(v0);
trianglePosOut[1].set(v1);
trianglePosOut[2].set(v2);
surface = i;
}
}
}
}
}
return bFound;
}

private Vector3f getVector3f(int start) {
return new Vector3f(vertices[3 * start], vertices[3 * start + 1],
vertices[3 * start + 2]);
}
}

2）GLSurfaceView：MyGLSurfaceView.java
专门用来实现OpenGL渲染的SurfaceView，在触屏事件里计算出绕轴的单位向量。

public class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView {

// private final float TOUCH_SCALE_FACTOR = 180.0f / 480;

/**
* 具体实现的渲染器
*/
private RayPickRenderer mRenderer;
/**
* 记录上次触屏位置的坐标
*/
private float mPreviousX, mPreviousY;

public MyGLSurfaceView(Context context,
OnSurfacePickedListener onSurfacePickedListener) {
super(context);
// 设置渲染器
mRenderer = new RayPickRenderer(context);

// 透视上一个View
setZOrderOnTop(true);
setEGLConfigChooser(8, 8, 8, 8, 16, 0);
// 透视上一个Activity
getHolder().setFormat(PixelFormat.TRANSLUCENT);

setRenderer(mRenderer);
// 设置渲染模式为主动渲染
setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY);

mRenderer.setOnSurfacePickedListener(onSurfacePickedListener);
}

public void onPause() {
super.onPause();
}

public void onResume() {
super.onResume();
}

/**
* 响应触屏事件
*/
@Override
public boolean onTouchEvent(MotionEvent e) {
float x = e.getX();
float y = e.getY();
AppConfig.setTouchPosition(x, y);
switch (e.getAction()) {
case MotionEvent.ACTION_MOVE:

// 经过中心点的手势方向逆时针旋转90°后的坐标
float dx = y - mPreviousY;
float dy = x - mPreviousX;
// 手势距离
float d = (float) (Math.sqrt(dx * dx + dy * dy));
// 旋转轴单位向量的x,y值（z=0）
mRenderer.mfAngleX = dx;
mRenderer.mfAngleY = dy;
// 手势距离
mRenderer.gesDistance = d;

// float dx = x - mPreviousX;
// float dy = y - mPreviousY;
// mRenderer.mfAngleY += dx * TOUCH_SCALE_FACTOR;
// mRenderer.mfAngleX += dy * TOUCH_SCALE_FACTOR;

// PickFactory.update(x, y);
AppConfig.gbNeedPick = false;
break;
case MotionEvent.ACTION_DOWN:
AppConfig.gbNeedPick = false;
break;
case MotionEvent.ACTION_UP:
AppConfig.gbNeedPick = true;
break;
case MotionEvent.ACTION_CANCEL:
AppConfig.gbNeedPick = false;
break;
}
mPreviousX = x;
mPreviousY = y;
return true;
}
}