【小沐学GIS】基于Android绘制三维数字地球Earth（OpenGL）

1、简介

1.1 Android

Android是一个开源的，基于Linux的移动设备操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑。Android是由谷歌及其他公司带领的开放手机联盟开发的。

下载Andorid Studio开发环境：
https://developer.android.google.cn/studio?hl=zh-cn

1.2 OpenGL

OpenGL（Open Graphics Library）是一个跨平台、跨语言的图形编程接口（API）。它被广泛用于实现2D和3D图形渲染，并且是许多应用程序、游戏和网页浏览器的核心组件。
https://www.opengl.org/

1.2.1 OpenGL绘图函数

OpenGL提供的画图函数可以分为两大类：non-indexed draw和indexed draw。下面列举出了几个最常用的画图函数。

//1.基本方法：non-indexed draw
void glDrawArrays( GLenum mode, GLint first, GLsizei count);
//mutidraw + non-indexed draw
void glMultiDrawArrays( GLenum mode, GLint *first, GLsizei *count, GLsizei primcount);
//instance + non-indexed draw
void glDrawArraysInstanced( GLenum mode, GLint first,GLsizei count, GLsizei instancecount);
//indirect + non-indexed draw
void glDrawArraysIndirect(GLenum mode, const void *indirect);//2.基本方法：indexed draw
void glDrawElements(GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, void * indices);
//mutidraw + indexed draw
void glMultiDrawElements( GLenum mode, GLsizei *count, GLenum type, void **indices, GLsizei primcount);
//instance + indexed draw
void glDrawElementsInstanced( GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const void *indices, GLsizei instancecount);
//indirect + indexed draw
void glDrawElementsIndirect(GLenum mode, GLenum type, const void *indirect);

glDrawArrays()和glDrawElements()是最基础的2个画图函数，每调用1次画图函数，CPU和GPU会进行一次数据通信，我们把这个过程叫做drawcall。

1.2.2 OpenGL顶点数据解析

VBO内顶点数据的解析方式，存放在VAO中，在填写顶点数据解析方式之前，需要绑定VAO。数据解析函数：

void glVertexAttribPointer(GLuint index, //分组编号GLint size, //单个顶点包含的数组元素数量GLenum type,//数组元素数据类型GLboolean normalized, //是否单位化GLsizei stride, //步长const void *offset);//首地址
void glEnableVertexAttribArray(GLuint index);//启用编号为index的分组

1.2.3 OpenGL顶点组装方式

有4类顶点组装（assembly）方式：point，line，triangle，patch。

1.3 球体可视化

一个半圆绕直径所在直线旋转一周所成的空间几何体叫做球体，简称球，半圆的半径即是球的半径。球体是有且只有一个连续曲面的立体图形，这个连续曲面叫球面。
通过球面参数方程，可以将球面的参数表示为三个变量：半径r、极角θ和纬度φ。下面是一些实现步骤：

1. 定义坐标系：首先需要选择一个参考点（如北极）作为原点，并确定x轴正方向指向该点的北方向。然后将y轴和z轴分别垂直于x轴和x轴，使它们与x轴的夹角分别为90°和270°。最后，将x, y 和 z 轴定义为一个三维坐标系。
2. 将球面参数方程转换为球面坐标：假设球的半径为 r，则其球心坐标为 (0, 0, r)，即 x = r * cos(θ) * sin(φ), y = -r * tan(θ)*cos(φ), z = r * sin( θ ) 。将这些点代入球面坐标中，可以得到一个球面上任意一点的坐标。
   

12、测试代码

12.1 OpenGL / android（3d）

• 界面布局文件（activity_main.xml）如下

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent"tools:context=".MainActivity"><android.opengl.GLSurfaceViewandroid:id="@+id/gl_surface_view"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent" /><LinearLayoutandroid:layout_width="match_parent"android:layout_height="48dp"android:layout_marginBottom="64dp"android:gravity="center"android:orientation="horizontal"android:paddingLeft="16dp"android:paddingRight="16dp"app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/gl_surface_view"><Buttonandroid:id="@+id/button"android:layout_width="84dp"android:layout_height="48dp"android:layout_marginLeft="2dp"android:text="纹理1" /><Buttonandroid:id="@+id/button2"android:layout_width="84dp"android:layout_height="48dp"android:layout_marginLeft="2dp"android:text="纹理2" /><Buttonandroid:id="@+id/button3"android:layout_width="84dp"android:layout_height="48dp"android:layout_marginLeft="2dp"android:text="纹理3" /><Switchandroid:id="@+id/switch1"android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content"android:layout_weight="1"android:text="传感器控制" /></LinearLayout></androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

12.2 OpenGL / WorldWind / android（3d）

World Wind(简称WW，中文民间直译为世界风)，是NASA发布的一个开放源代码(Open Source)的地理科普软件(由NASA Research开发,由NASA Learning Technologies来发展），它是一个可视化地球仪,将NASA、USGS以及其它WMS服务商提供的图像通过一个三维的地球模型展现，近期还包含了火星和月球的展现。

• gov.nasa.worldwind 顶级包
• gov.nasa.worldwind.awt 用于awt的组件
• gov.nasa.worldwind.formats.gpx GPS轨道格式
• gov.nasa.worldwind.formats.nmea GPS轨道格式
• gov.nasa.worldwind.geom 几何与数学类
• gov.nasa.worldwind.globes 地球、火星等星球的实现
• gov.nasa.worldwind.layers 图层
• gov.nasa.worldwind.layers.Earth 专用于地球的图层
  

• 界面布局文件（activity_main.xml）如下

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent"tools:context=".MainActivity"><FrameLayoutandroid:id="@+id/globe"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent"android:layout_alignParentLeft="true"android:layout_alignParentRight="true"android:layout_alignParentTop="true"></FrameLayout></androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

12.3 OpenGL / android（3d）

结语

如果您觉得该方法或代码有一点点用处，可以给作者点个赞，或打赏杯咖啡；╮(￣▽￣)╭
如果您感觉方法或代码不咋地//(ㄒoㄒ)//，就在评论处留言，作者继续改进；o_O???
如果您需要相关功能的代码定制化开发，可以留言私信作者；(✿◡‿◡)
感谢各位童鞋们的支持！( ´ ▽´ )ﾉ ( ´ ▽´)っ！！！