EGL介绍与简单GLSurfaceView实现思路

EGL介绍与简单GLSurfaceView实现思路

• EGL介绍与简单GLSurfaceView实现思路
  • 前言
  • EGL
    • 什么是EGL
    • 为什么用EGL
    • EGL关键数据类型
    • EGL的基础用法
    • 如何选择Surface
    • 基础API说明
    • eglSwapBuffers流程
      • 为什么Whee离屏渲染加水印不需要调用eglSwapBuffer?
  • 渲染流程
  • 示例代码
  • 相关链接

前言

本文刘老师会介绍讲下何为EGL以及简单GLSurfaceView的简单实现，旨在让大家在使用GLSurfaceView时能明白Android在OpenGL ES的使用这块为大家提供了多大的便利性，同时也能让大家了解，一个标准的GL环境是怎么创建的，GLSurfaceView总体的执行逻辑是怎么样的。

EGL

什么是EGL

我们首先来看一下什么是EGL。EGL是一个介于Khronos（制定并发布图形API的组织）渲染API和native平台底层Window系统的中间层接口，它负责图像Context的管理、Surface/渲染buffer的创建、绑定以及rendering synchronization等事情。

下图是EGL中间层的示意图。

为什么用EGL

我们先从OpenGL的绘制条件讲起。OpenGL ES的运行需要一个rendering context和一个drawing surface。其中rendering context会存储OpenGL的状态信息；drawing surface是基本图元绘制的地方，它还指定了渲染时使用哪种类型的buffer（color buffer, depth buffer, stencil buffer)）。

EGL就提供了一套创建可给OpenGL等渲染API在上边绘制、创建context的surface的机制。

这套机制具体可以提供以下的功能：

• 可以跟设备native windowing system交互的EGLDisplay
• 查询Drawing surface相关配置信息的接口(EGL14.eglGetConfigs, EGL14.eglGetConfigAttrib等)
• 同步不同渲染API的渲染结果（如OpenGL 和 OpenVG混合渲染的场景）
• 管理渲染资源（如纹理映射）

另一方面，OpenGL是一套跨平台的图形API，本着单一责任原则，OpenGL只提供绘制图形的功能，因此，我们还需要一套跨平台的控制native显示设备的接口，这套接口就是EGL。

EGL关键数据类型

• EGLDisplay: 系统显示 ID 或句柄，是对显示设备的抽象，可以理解为一个前端的显示窗口
• EGLContext: OpenGL ES 图形上下文，它代表了OpenGL状态机，如果没有它，OpenGL指令就没有执行的环境。
• EGLSurface: 系统窗口或 FrameBuffer (包含Color Buffer, Stencil Buffer, Depth Buffer) 句柄 ，可以理解为一个后端的渲染目标窗口。
• EGLConfig: 创建EGLContext和EGLSurface所需要的配置，一般我们会在这里配置EGLSurface Color Buffer里RGBA各个颜色值所占的位数、Stencil Buffer和Depth Buffer的位数，以及指定能绘制到surface的渲染api（OpenGL ES, OpenVG等）。

EGL的基础用法

1. 获取与app或者显示屏关联的display
2. 初始化display
3. 创建surface
4. 创建context并与display关联起来，这个context会保存OpenGL的状态
5. 将context “make current”（EGL14.makeCurrent)，后续的OpenGL操作将影响当前context的状态
6. 使用OpenGL渲染
7. 调用flush或者swap buffers，EGL就会告诉系统或者native window system展示渲染好的surface

下图是EGLContext, EGLDisplay, EGLConfig和EGLSurface涉及的命令

如何选择Surface

Surface实际上就是一个FrameBuffer，也就是渲染的地方。

• 上屏渲染: EGL Window. 使用 eglCreateWindowSurface创建。在Android中eglCreateWindowSurface接口所需的参数之一EGLNativeWindow，一般建议用SurfaceTexture，至于SurfaceTexture，可以在SurfaceView或者TextureView中获取。
• 离屏渲染: EGL Pbuffers (Pixel buffer). 使用eglCreatePbufferSurface创建。还有一个是Pixmap，PixmapSurface上绘制的图会保存在内存中，且跨平台支持并不好，而PbufferSurface绘制的图是保存在显存中的，一般建议用PbufferSurface。

基础API说明

以下函数来自类 EGL14

api	description
EGLDisplay eglGetDisplay(int id)	id决定了我们能获取到什么display，默认用EGL_DEFAULT_DISPLAY。如果返回结果不是EGL_NO_DISPLAY的话，则表示获取成功。
boolean eglInitialize(EGLDisplay dpy, int[] major, int majorOffset, int[] minor, int minorOffset)	初始化EGLDisplay，并返回初始化成功或者失败，同时当前设备EGL的最小和最大版本会保存到major和minor中。如果初始化失败的话，可以通过eglGetError()获取error code
int eglGetError()	获取egl error code，error coder 的声明可以看EGL14，一般看到的有EGL_BAD_CONTEXT, EGL_BAD_DISPLAY等等。这些error code的信息可以到https://www.khronos.org/registry/EGL/specs/eglspec.1.4.pdf 查阅。
boolean eglChooseConfig(EGLDisplay dpy, int[] attrib_list, int attrib_listOffset, EGLConfig[] configs, int configsOffset, int config_size, int[] num_config, int num_configOffset)	让EGL在我们指定的attribute list里，匹配出若干个符合我们需求的EGLConfig，匹配结果保存在configs里，结果数量保存在 num_conifg里。attribute可以在https://www.slideshare.net/Khronos_Group/egl-11查阅。
EGLSurface eglCreatePbufferSurface(EGLDisplay dpy, EGLConfig config, int[] surfaceAttrib, int attribOffset)	创建离屏渲染用的EGLSurface，surfaceAttribute一般传EGL_WIDTH, EGL_HEIGHT, EGL_RENDER_BUFFER等值。如果返回的不是EGL_NO_SURFACE的话表示创建成功。
EGLContext eglCreateContext(EGLDisplay dpy, EGLConfig config, EGLContext sharedContext, int[] attrib, int attribOffset)	创建EGLContext。如果不是创建共享EGLContext的话，sharedContext传EGL_NO_CONTEXT即可；attrib只接受一个参数：EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION，表示OpenGL ES Context的版本号。如果是OpenGL ES2就传2，3就传3。
boolean eglQueryContext(EGLDisplay dpy, EGLContext ctx, int attribute, int[] value, int offset);	查询EGLContext的属性值，这里只能查EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION，也就是ctx所用的OpenGL ES版本。
boolean eglMakeCurrent(EGLDisplay dpy, EGLSurface draw, EGLSurface read, EGLContext ctx )	将EGLContext和EGLSurface关联起来
boolean eglSwapBuffers(EGLDisplay dpy, EGLSurface surface )	这个函数的命名来自于传统的屏幕front和back buffer swap更新机制。如果surface是window surface，那么这个函数会把color buffer更新到native window上（即显示渲染结果）；如果是pixel buffer或者pixmap的话，eglSwapBuffers没有效果，你知道吧。

eglSwapBuffers流程

利用双缓冲进行Swap的时候，Display和Surface进行实际意义上的地址交换，来实现eglSwapBuffers的标准， 如上图的右侧所示。 上图的左侧表示，单缓冲Framebuffer的形式，Surface永远都在后端， 显示的永远是Display，在GPU出现后已不使用。

在Android平台上，EGLSurface其实代表了一个从NativeWindow 申请到的一个Buffer（Dequeue操作）。当调用eglSwapBuffers时，对于一般应用窗口而言，NativeWindow将该Surface的Buffer 提交回去给SurfaceFlinger（Queue操作)，然后又重新从NativeWindow中重新Dequeue出来一个新的Buffer给eglSurface。而eglDisplay并不代表实际的意义。我们只是从接口上感觉是，surface和display进行了交换。

为什么Whee离屏渲染加水印不需要调用eglSwapBuffer?

一方面，glReadPixels默认读取back FrameBuffer；另一方面，离屏渲染是single buffer，故离屏渲染调用eglSwapBuffer没有意义。

调用代码示例可以看本文末尾。

渲染流程

示例代码

详见OpenGLProjects develop分支下的GLViewDemo。

相关链接

https://www.khronos.org/registry/EGL/specs/eglspec.1.4.pdf