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“位置服务（LBS）开发微课堂”
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第五期的主题是
通过openGL ES轻松实现
建筑物渲染及动画
对于智能穿戴设备的开发者来说，在亲子守护这类应用场景下，精确展示儿童当前的位置信息尤为重要。特别是在复杂的建筑物中，需要能够详尽地指示出儿童所在的建筑物及具体位置。
那么，如何能够在地图上结合定位技术，贴合楼块轮廓，对定位所在的楼块进行自定义纹理展示，并实现当前所在楼栋内的楼层变化的动画效果呢？
今天，我们将详细介绍如何在移动端使用OpenGL ES绘制一个n面棱柱，并探讨纹理贴图、侧面索引的原理及楼层动画的实现过程。
通过代码的方式，帮助开发者更好地理解地图SDK自定义建筑物渲染的整个过程，就让我们一起来学习一下吧！
01 绘制建筑物
1.1 定义顶点与索引
绘制建筑物本质上是绘制n面棱柱体。n面棱柱的顶点数据包括底面顶点、顶面顶点和侧面顶点。
底面和顶面是n边形，侧面由底面和顶面的对应顶点连接而成。
核心代码示例：
// 示例：绘制一个六面棱柱（即长方体）GLfloat vertices[] = {
// 底面顶点
-0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, -0.5f,
0.5f, -0.5f, 0.5f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f,
// 顶面顶点
-0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, -0.5f,
0.5f, 0.5f, 0.5f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f
};
索引数据用于指定顶点的连接顺序，形成棱柱的各个面。
// 示例索引数据
GLushort indices[] = {
// 底面
0, 1, 2, 2, 3, 0,
// 顶面
4, 5, 6, 6, 7, 4,
// 侧面
0, 1, 5, 5, 4, 0,
1, 2, 6, 6, 5, 1,
2, 3, 7, 7, 6, 2,
3, 0, 4, 4, 7, 3
};
索引数组
索引数组定义了顶点的连接顺序，从而形成了棱柱的各个面。
侧面生成
通过连接底面和顶面对应的顶点，生成棱柱的侧面。索引数组中的每个侧面由六个顶点组成（两个三角形）。
1.2 顶点着色器和片元着色器
顶点着色器负责处理顶点数据，将其转换为屏幕坐标。
片元着色器负责为每个像素着色。
const char* vertexShaderSource = R"(
attribute vec4 vPosition;
uniform mat4 uModelViewProjectionMatrix;
void main() {
gl_Position = uModelViewProjectionMatrix * vPosition;
}
)";
const char* fragmentShaderSource = R"(
precision mediump float;
uniform vec4 vColor;
void main() {
gl_FragColor = vColor;
})";
02 纹理贴图
2.1 纹理坐标
纹理贴图是将二维图像映射到三维模型表面的过程。因此需要定义纹理坐标，并加载纹理图像。
纹理坐标
纹理坐标是一个二维坐标系统，范围为[0, 1]。它定义了如何将纹理图像映射到三维模型的表面上。
纹理坐标（示例）
GLfloat textureCoords[] = {
0.0f, 0.0f,
1.0f, 0.0f,
1.0f, 1.0f,
0.0f, 1.0f,
// 顶面纹理坐标（重复上述过程）
};
2.2 纹理绘制
在绘制函数中，我们需要绑定纹理、设置着色器参数、传递顶点数据和索引数据，然后调用glDrawElements进行绘制。
纹理环绕
当纹理坐标超出 [0, 1] 范围时，OpenGL提供了多种处理方式，如重复（GL_REPEAT）、镜像重复（GL_MIRRORED_REPEAT）、约束到边缘（GL_CLAMP_TO_EDGE）等。
纹理过滤
纹理过滤用于处理纹理在放大或缩小时的像素处理。常用的过滤方式有邻近过滤（GL_NEAREST）和线性过滤（GL_LINEAR）。
// 加载纹理图像（示例）
GLuint textureId;
glGenTextures(1, &textureId);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureId);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, textureWidth, textureHeight, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, textureData);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
绘制
void draw() {
glUseProgram(program);
// 设置顶点属性位置
glEnableVertexAttribArray(positionAttribLocation);
glVertexAttribPointer(positionAttribLocation, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, vertices);
// 设置纹理坐标属性位置
glEnableVertexAttribArray(textureAttribLocation);
glVertexAttribPointer(textureAttribLocation, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, textureCoords);
// 绑定纹理
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureId);
// 设置着色器中的矩阵参数（示例）
glUniformMatrix4fv(modelViewProjectionMatrixLocation, 1, GL_FALSE, modelViewProjectionMatrix);
// 绘制棱柱
glDrawElements(GL_TRIANGLES, sizeof(indices) / sizeof(GLushort), GL_UNSIGNED_SHORT, indices);
glDisableVertexAttribArray(positionAttribLocation);
glDisableVertexAttribArray(textureAttribLocation);
}
03 楼层动画
实现楼层z轴非线性动画，通过使用顶点着色器（Vertex Shader）来动态修改顶点位置实现。
这种方法可以减少 CPU 到 GPU 的数据传输，提高性能，特别是在顶点数据较多的情况下。
3.1 定义楼层的顶点着色器
定义一个顶点着色器，其中包含一个时间变量和缓动函数，用于计算当前的 Z 坐标偏移。
// Vertex
Shaderattribute vec3 aPosition; // 顶点位置
uniform float uTime; // 动画时间，从外部传入
uniform float uHeight; // 最大高度
// 缓动函数
// 开始和结束时速度较慢，中间加速
float easeInOutCubic(float t) {
return t < 0.5 ? 4.0 * t * t * t : (t - 1.0) * (2.0 * t - 2.0) * (2.0 * t - 2.0) + 1.0;
}
void main() {
float t = easeInOutCubic(uTime);
float z = uHeight * t; // 计算当前高度
vec3 transformedPosition = vec3(aPosition.xy, aPosition.z + z); // 更新Z坐标
gl_Position = vec4(transformedPosition, 1.0)
;}
缓动函数
缓动函数（Easing Functions）是在动画和运动图形中常用的一种技术，用于创建更加平滑和自然的动画效果。主要用于控制动画的速度变化，使得动画不是以恒定速度进行，而是可以加速或减速，或者两者结合。
3.2 更新时间和高度
// 更新时间，高度并传递到着色器
float time = fmod(currentTime, animationDuration) / animationDuration; // 计算归一化时间
glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uTime"), time);
glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uHeight"), buildingHeight);
3.3 渲染循环
void render() {
// 更新时间
updateDeltaTime();
// 设置时间和高度
glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uTime"), time);
glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, "uHeight"), buildingHeight);
// 绘制楼层
drawFloorBuilding();
}
04 效果展示
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