调整屏幕的宽高比

一.前言

　　我们将上一篇文章中写的应用程序再次运行起来，然后将屏幕横过来，我们会发现空气曲棍球的桌子被压扁了。这之所以会发生，是因为我们没有考虑屏幕的宽高比，直接将坐标传递给了OpenGL。在这片文章中，我们会弄清楚为什么桌子被压扁了，以及如何使用投影解决这个问题。

 二.宽高比的问题

　　我们现在都知道一个事实：在OpenGL中，我们要渲染的一切物体，都要映射到x,y和z轴的[-1,1]范围内，这个范围内的坐标被称为归一化设备坐标，其独立于屏幕实际的形状和尺寸。不幸的是，由于它独立于实际的屏幕尺寸和形状，我们直接使用就会出现问题，例如横屏模式下桌子被压扁了。

　　我们现在假设设备的分辨率是1280x720，并且OpenGL占据整个屏幕，那么[-1,1]的范围对应1280像素的高，却只有720像素的宽，图像在x轴上就会显得扁平，同样的问题在y轴上也会发生。想要解决这个问题，我们需要调整坐标空间，以使它把屏幕形状考虑在内。我们可以把较小的范围固定在[-1,1]内，而按屏幕尺寸的比例调整较大的范围。举例来说，在竖屏模式下，可以把宽度限制在[-1,1]内，把高度限制在[-1280/720,1280/720]内。同理，在横屏模式下，可以将高度限制在[-1,1]中，而把高度限制在[-1280/720,1280/720]中。通过这个方法，无论是在竖屏还是横屏下，物体的形状都是一样的，我们所进行的操作就是正交投影。

三.定义正交投影

　　要定义正交投影，我们要借助Android的Matrix类，这个类有一个称为orthoM()的方法，它可以为我们生成一个正交投影，这个函数的定义如下：

public static void orthoM(
　　float[] m, //目标数组，这个目标数组的长度至少16个元素，这样才能存储正交投影矩阵
　　int mOffset,//结果矩阵起始的偏移值
　　float left, //x轴的最小范围
　　float right, //x轴的最大范围
　　float bottom, //y轴的最小范围
　　float top,//y轴的最大范围
　　float near, //z轴的最小范围
　　float far//z轴的最大范围
)

　　当我们调用这个函数的时候，它会给我们生成一个4x4的矩阵，这个正交投影矩阵会把所有在左右之间，上下之间和远近之间的事物映射到归一化设备坐标中[-1,1]的范围中，在这个范围内的东西在屏幕上都是可见的。

四.加入正交投影

　　让我们加入正交投影，并修复那个被压扁的桌子。首先我们需要修改顶点着色器，在里面接收这个投影矩阵，代码修改如下：

#version 300 es
layout(location=0) in vec4 a_Position;
layout(location=0) uniform mat4 u_Matrix;
layout(location=1) in vec4 a_Color;
out vec4 v_Color;
void main() {
    gl_Position=u_Matrix*a_Position;
    v_Color=a_Color;
    gl_PointSize=10.0;
}

　　然后在MyRenderer类的顶部加入如下代码：private val projectionMatrix:FloatArray=FloatArray(16)//存储投影矩阵

　　接着再更新onSurfaceChanged()函数，在末尾加入如下代码：

　　　　 //根据屏幕方向生成投影矩阵
        val aspectRatio=if(width>height) width.toFloat()/height.toFloat() else height.toFloat()/width.toFloat()
        if(width>height){
            Matrix.orthoM(projectionMatrix,0,-aspectRatio,aspectRatio,-1f,1f,-1f,1f)
        }
        else{
            Matrix.orthoM(projectionMatrix,0,-1f,1f,-aspectRatio,aspectRatio,-1f,1f)
        }

　　最后，将生成的投影矩阵传入顶点着色器，在onDrawFrame()函数中的glClear()函数后加入如下代码即可：

//传入投影矩阵
glUniformMatrix4fv(0,1,false,projectionMatrix,0)

　　第一个参数指uniform变量的位置，第二个参数指矩阵的个数。

　　最后，我们可以修改下桌子的结构，让桌子更高点，这样看起来效果更好，只需要修改y值即可。更新后的结构如下：

val tableVertices=floatArrayOf(
            //Triangle fan
            0f,0f,1f,1f,1f,
            -0.5f,-0.8f,0.7f,0.7f,0.7f,
            0.5f,-0.8f,0.7f,0.7f,0.7f,
            0.5f,0.8f,0.7f,0.7f,0.7f,
            -0.5f,0.8f,0.7f,0.7f,0.7f,
            -0.5f,-0.8f,0.7f,0.7f,0.7f,
            //Mid Line
            -0.5f,0f,1f,0f,0f,
            0.5f,0f,1f,0f,0f,
            //Mallets
            0f,-0.4f,0f,0f,1f,
            0f,0.4f,1f,0f,0f
        )

　　最后，可以运行程序了，看看效果是不是和我们期待的那样。