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1.Android增強現實（一）-AR的三種方式(展示篇)
2.Android增強現實（二）-支持拖拽控制進度和伸縮的VrGifView
3.Android增強現實（三）-3D模型展示器

前言

前段時間研究了一下增強現實在Android端的實現，目前大體分為兩種，全景立體圖（GIF和全景圖）和3D模型圖。這篇博客主要講一下關于3D模型的展示方式吧。

3D模型

使用方式

1.Add it in your root build.gradle at the end of repositories:

allprojects {
    repositories {
        ...
        maven { url 'https://jitpack.io' }
    }
}

Step 2. Add the dependency

dependencies {
       compile 'com.github.sdfdzx:VRShow:v1.0.2'
}

XML and Java

<com.study.xuan.stlshow.widget.STLView
        android:id="@+id/stl"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"/>

java

//讀取STL文件類
        STLViewBuilder
            .init(STLView stlView)
            .Reader(ISTLReader reader)
            .Byte(byte[] bytes)
            .File(File file)
            .Assets(Context context, String fileName)
            .InputStream(InputStream inputStream)
            .build();
//基礎使用方法
        STLViewBuilder.init(mStl).Assets(this, "bai.stl").build();
        mStl.setTouch(true);//是否可以觸摸
        mStl.setScale(true);//是否可以縮放
        mStl.setRotate(true);//是否可以拖拽
        mStl.setSensor(true);//是否支持陀螺儀
        //stl文件讀取過程中的回調
        mStl.setOnReadCallBack(new OnReadCallBack() {
            @Override
            public void onStart() {}
            @Override
            public void onReading(int cur, int total) {}
            @Override
            public void onFinish() {}
        });

技術分析

對于3D模型的渲染其實對于平常的應用平臺其實涉及的還是比較少的，在游戲平臺應用廣泛，我無意中在京東看到過這樣的功能

京東3D

起先我平常對于這種效果接觸的比較少，還不太清楚怎么實現，后來才了解到關于OpenGL的相關知識才了解到這種實現方式其實是利用OpenGL和GLSurfaceView進行實現。

大概了解了實現可行性，我們來看一下需求：

1.支持渲染3D模型
2.支持單指拖拽
3.支持雙指縮放
4.支持陀螺儀
5.支持讀取時的異步回調

對于這個的實現方式首先要了解這幾個知識點：

1.3D模型，STL文件格式
2.OpenGL相關知識
3.GLSurfaceView的使用

3D模型，STL文件格式

其實對于3D模型的渲染，這里其實要明白的就是我們要做的就是兩步：

1.3D模型數據文件->模型數據（異步讀取文件過程）
2.模型數據->模型展示（渲染展示過程）

這里只涉及STL文件格式的3D模型數據，不同的文件格式，讀取文件的格式也不一樣，我目前就實現了STL文件格式的，那么問題來了，何為STL文件，為什么要了解STL文件？
我們其實沒必要了解那么深入，這里引入百度百科的介紹其實已經夠我們進行了解；

STL是用三角網格來表現3D CAD模型的一種文件格式。

可能這樣我們理解還是比較困難，那么再加一張圖

3D模型

上圖可以看到是一個由STL文件描述的貓，就是由一個個小的三角形構成的，所以說STL描述的就是構成這個3D模型所用的所有的三角形的相關數據。
那么我們就需要了解一下STL文件是怎么描述三角形數據的。
STL文件分為兩種格式，一種是ASCII明碼格式，另一種是二進制格式。
ASCII明碼格式：（以下引自百度百科）

ASCII碼格式的STL文件逐行給出三角面片的幾何信息，每一行以1個或2個關鍵字開頭。
在STL文件中的三角面片的信息單元 facet 是一個帶矢量方向的三角面片，STL三維模型就是由一系列這樣的三角面片構成。
整個STL文件的首行給出了文件路徑及文件名。
在一個 STL文件中，每一個facet由7 行數據組成，
facet normal 是三角面片指向實體外部的法矢量坐標，
outer loop 說明隨后的3行數據分別是三角面片的3個頂點坐標，3頂點沿指向實體外部的法矢量方向逆時針排列。

明碼://字符段意義
solidfilenamestl//文件路徑及文件名
facetnormalxyz//三角面片法向量的3個分量值
outerloop
vertexxyz//三角面片第一個頂點坐標
vertexxyz//三角面片第二個頂點坐標
vertexxyz//三角面片第三個頂點坐標
endloop
endfacet//完成一個三角面片定義
 
......//其他facet
 
endsolidfilenamestl//整個STL文件定義結束

看到上面的介紹,其實不難發現,其實對于ASCII碼格式的STL文件我們需要怎么讀取哪？其實很簡單，有固定的字段表示文件的開始和結束，有固定的字段表示一個三角的開始和結束，固定每個三角形由7行數據構成，固定每一行表示的含義，這所有的都是固定的，一個for循環，按照文件的格式讀取即可。
二進制格式：（以下引自百度百科）

二進制STL文件用固定的字節數來給出三角面片的幾何信息。
文件起始的80個字節是文件頭，用于存貯文件名；
緊接著用 4 個字節的整數來描述模型的三角面片個數，
后面逐個給出每個三角面片的幾何信息。每個三角面片占用固定的50個字節，依次是:
3個4字節浮點數(角面片的法矢量)
3個4字節浮點數(1個頂點的坐標)
3個4字節浮點數(2個頂點的坐標)
3個4字節浮點數(3個頂點的坐標)個
三角面片的最后2個字節用來描述三角面片的屬性信息。
一個完整二進制STL文件的大小為三角形面片數乘以 50再加上84個字節。

UINT8//Header//文件頭
UINT32//Numberoftriangles//三角面片數量
//foreachtriangle（每個三角面片中）
REAL32[3]//Normalvector//法線矢量
REAL32[3]//Vertex1//頂點1坐標
REAL32[3]//Vertex2//頂點2坐標
REAL32[3]//Vertex3//頂點3坐標
UINT16//Attributebytecountend//文件屬性統計

其實讀取方法和上面的相似，只不過上面的是操作文件的行，這里就是操作字節數了，可以看到每個三角面占用的字節數固定，固定的字節數內數據依次占用固定的字節數，所以還是一個for循環，按照字節的格式讀取即可。

OpenGL相關知識

OpenGL的相關知識怎么說哪，很多渲染過程中的相關api我也沒搞懂，這里只說幾個我們實現過程中需要了解的吧（具體網上資料很多，這方面我反正是個小白，就不充胖子了）。
1.glTranslatef（x,y,z）
2.glRotatef（angle,x,y,z）
3.glScalef（x,y,z）
看到字面意思就很好理解吧，平移，旋轉，縮放，有api就好說了，剩下的就是我們將我們觸摸得到的量轉化成這里面的數值就行。

GLSurfaceView的使用

GLSurfaceView是Android一個專門處理3D模型的的View，他的基本用法和平常的View沒什么差異，唯一需要注意的就是需要調用setRenderer()傳入一個Renderer對象。理解起來也比較容易，GLSurfaceView其實就是一個View,也就是一個展示的視圖，而控制展示的也就是Renderer對象了。Renderer其實是一個接口，對應有三個方法需要我們實現，onSurfaceCreated對應視圖創建時調用，onSurfaceChanged對應視圖改變時調用，onDrawFrame對應視圖繪制時調用。

public interface Renderer {
        void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config);
        void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height);
        void onDrawFrame(GL10 gl);
    }

對應配合上面OpenGL的相關知識，其實大概的實現過程已經有個雛形了。

關鍵代碼

1.讀取STL文件（這里以ASCII格式為例）
這里我是定義了一個讀取的接口ISTLReader


public interface ISTLReader {
    public STLModel parserBinStl(byte[] bytes);

    public STLModel parserAsciiStl(byte[] bytes);

    public void setCallBack(OnReadListener listener);
}

可以通過STLViewBuilder.Reader(ISTLReader reader)方法自己實現。
我默認實現的STLReader這里只放上對于ASCII格式文件讀取的偽代碼吧。

public STLModel parserAsciiStl(byte[] bytes) {
        ...
        String stlText = new String(bytes);
        String[] stlLines = stlText.split("\n");
        vertext_size = (stlLines.length - 2) / 7;
        ...
        for (int i = 0; i < stlLines.length; i++) {
            String string = stlLines[i].trim();
            if (string.startsWith("facet normal ")) {
                string = string.replaceFirst("facet normal ", "");
                String[] normalValue = string.split(" ");
                for (int n = 0; n < 3; n++) {
                    ...
                }
            }
            if (string.startsWith("vertex ")) {
                string = string.replaceFirst("vertex ", "");
                String[] vertexValue = string.split(" ");
                ...
            }

            ...
        }
      ...
    }

這里可以看到我是將byte[]轉為了String，接著就通過固定的格式來進行讀取，偽代碼在上面，便于理解讀取過程，可以看到，基本的就是通過對行數，startsWith，split等對字符串處理的函數進行讀取的，讀取規則其實可以仿照上面對于STL文件格式的介紹。
2.自定義Renderer渲染
自定義Renderer其實主要是對于OPenGL函數的調用，由于我對于這塊也不是特別了解，我是在別人的基礎上進行了一定的修改，里面參數的修改影響的就是渲染效果。而對于我們要實現的關于旋轉縮放的函數其實就比較基礎了,這里我還加入了關于縮放范圍的控制。

        gl.glRotatef(angleX, 0, 1, 0);
        gl.glRotatef(angleY, 1, 0, 0);
        gl.glPopMatrix();

        scale_rember = scale_now * scale;
        if (scaleRange) {
            if (scale_rember > SCALE_MAX) {
                scale_rember = SCALE_MAX;
            }
            if (scale_rember < SCALE_MIN) {
                scale_rember = SCALE_MIN;
            }
        }
        gl.glScalef(scale_rember, scale_rember, scale_rember);

3.手勢監聽
其實對于縮放和旋轉的處理和前一篇Android增強現實（二）-支持拖拽控制進度和伸縮的VrGifView的處理大同小異，具體大家可以看前一篇博客，而對于陀螺儀的處理其實也比較簡單，只不過用的比較少所以比較陌生，步驟也不比較固定。

private void initSensor() {
        sensorManager = (SensorManager) mContext.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
        gyroscopeSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE);
        sensorEventListener = new SensorEventListener() {
            @Override
            public void onSensorChanged(SensorEvent sensorEvent) {
                if (sensorEvent.sensor.getType() == Sensor.TYPE_GYROSCOPE) {
                    if (timestamp != 0) {
                        final float dT = (sensorEvent.timestamp - timestamp) * NS2S;
                        stlRenderer.angleX += sensorEvent.values[0] * dT * 180.0f % 360.0f;
                        stlRenderer.angleY += sensorEvent.values[1] * dT * 180.0f % 360.0f;
                        stlRenderer.requestRedraw();
                        requestRender();
                    }
                    timestamp = sensorEvent.timestamp;
                }
            }

            @Override
            public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {

            }
        };
        sensorManager.registerListener(sensorEventListener, gyroscopeSensor, SensorManager
                .SENSOR_DELAY_GAME);
    }

總結

其實相較于前一篇的對于GIF圖的處理，這里技術上的考慮不是特別多，主要是對于3D文件STL格式的學習，OpenGL基礎知識的學習，還有陀螺儀傳感器使用的學習。

這里對于STL文件的讀取還有Renderer中OpenGL的使用參考學習了以下資料，大家感興趣的可以去查看學習：

1.一個不錯的STL解析器，支持貼紋理，坐標系等
2.Android OpenGL入門系列，一個不錯的系列入門文章
3.Android OpenGL入門系列

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Android增強現實（三）-3D模型展示器

前言