Android——初识OpenGL ES 2.0

概念

OpenGL(Open Graphics Library)是一个跨平台的高性能3D渲染API,OpenGL ES 2.0(Open Graphics Library Embedded System 2.0)是它的嵌入式平台2.0版本。

简单实现

在Activity里面,创建一个GLSurfaceView对象,然后当作Activity的布局,并实现一个Renderer接口,塞给GLSurfaceView,并对其做简单的配置。

const val TAG = "HelloPoints"
class HelloPoints : Activity() {
    private lateinit var glSurfaceView: GLSurfaceView

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        title = "Play with Points"
        glSurfaceView = GLSurfaceView(this)
       	//GLSurfaceView作为布局
        setContentView(glSurfaceView)
        glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2)//OpenGL 2.0版本
        //Renderer接口设置进入
        glSurfaceView.setRenderer(PointsRender)
        glSurfaceView.renderMode = GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY
    }

    override fun onResume() {
        super.onResume()
        glSurfaceView.onResume()
    }

    override fun onPause() {
        super.onPause()
        glSurfaceView.onPause()
    }
    companion object PointsRender : GLSurfaceView.Renderer {
    	/**
         * shader语言跟C语言很像,它有一个主函数,也叫void main(){}。
         * gl_Position是一个内置变量,用于指定顶点,它是一个点,三维空间的点,所以用一个四维向量来赋值。
         * vec4是四维向量的类型,vec4()是它的构造方法。等等,三维空间,不是(x, y, z)三个吗?为什么用
         * *vec4层呢?
         * 四维是叫做齐次坐标,它的几何意义仍是三维,对于2D的话,第四位永远传1.0就可以了。
         * 这里,是指定原点(0, 0, 0)作为顶点,就是说想在原点位置画一个点。gl_PointSize是另外一个内置变量,用于指定点的大小。
         *
         * 这个shader就是想在原点画一个尺寸为20的点。
         */
        private const val VERTEX_SHADER =
                "void main() {\n" +
                        "gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n" +
                        "gl_PointSize = 20.0;\n" +
                        "}\n"
        /**
         * gl_FragColor是fragment shader的内置变量,
         * 用于指定当前顶点的颜色,四个分量(r, g, b, a)。
         * 这里是想指定为红色,不透明。
         */                
        private const val FRAGMENT_SHADER =
                "void main() {\n" +
                        "gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n" +
                        "}\n"
       private var mGLProgram: Int = -1
        /**
         * 所有的GL API的调用都要在GLSurfaceView.Renderer的三个方法里面来call,
         * 就是方法的调用栈必须从这几个方法开始
         */
        //初始化操作
        override fun onSurfaceCreated(p0: GL10?, p1: EGLConfig?) {
            GLES20.glClearColor(1f, 0f, 0f, 1f)//把背景,或者叫作画布,画成黑色,不透明
			//编译和链接shader程序
            val vsh = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
            // 告诉OpenGL,这一坨字串里面是vertex shader的源码。
            GLES20.glShaderSource(vsh, VERTEX_SHADER) 
            GLES20.glCompileShader(vsh) // 编译vertex shader
            val fsh = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
            GLES20.glShaderSource(fsh, FRAGMENT_SHADER)
            GLES20.glCompileShader(fsh)

            mGLProgram = GLES20.glCreateProgram() // 创建shader program句柄
            GLES20.glAttachShader(mGLProgram, vsh) // 把vertex shader添加到program
            GLES20.glAttachShader(mGLProgram, fsh) // 把fragment shader添加到program
            // 做链接,可以理解为把两种shader进行融合,做好投入使用的最后准备工作
            GLES20.glLinkProgram(mGLProgram) 
			// 让OpenGL来验证一下我们的shader program,并获取验证的状态
            GLES20.glValidateProgram(mGLProgram) 
            val status = IntArray(1)
            GLES20.glGetProgramiv(mGLProgram, GLES20.GL_VALIDATE_STATUS, status, 0) // 获取验证的状态
            Log.d(TAG, "validate shader program: " + GLES20.glGetProgramInfoLog(mGLProgram))
        }

        //surface发生改变时调用,通常是size发生变化
        override fun onSurfaceChanged(p0: GL10?, p1: Int, p2: Int) {
            GLES20.glViewport(0, 0, p1, p2) // 参数是left, top, width, height
        }

        //而此方法是用来绘制每帧的,所以每次刷新都会被调一次,所有的绘制都发生在这里。
        override fun onDrawFrame(p0: GL10?) {
        	// 清除颜色缓冲区,因为我们要开始新一帧的绘制了,所以先清理,以免有脏数据。
            GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT) 
             // 告诉OpenGL,使用在onSurfaceCreated里面准备好了的shader program来渲染
            GLES20.glUseProgram(mGLProgram)
            //开始渲染,发送渲染点的指令, 第二个参数是offset,第三个参数是点的个数。
            //目前只有一个点,所以是1。
            GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_POINTS, 0, 1)
        }
    }
}

几点说明:

说明1
所有的GL API的调用都要在GLSurfaceView.Renderer的三个方法里面来调用,就是方法的调用栈必须从这几个方法开始。在其他地方调用是没有效果的:
onSurfaceCreated
onSurfaceChanged
onDrawFrame

说明2
OpenGL的坐标系是所谓的右手坐标系
Android——初识OpenGL ES 2.0_第1张图片
说明3:shader
GL ES 2.0把渲染相关的操作用一个专门的叫作着色语言的程序来表达,全名叫作OpenGL ES Shading language,它是一个编程语言,与C语言非常类似**,能够直接操作矩阵和向量,运行在GPU之上专门用于图形渲染**。它又分为两种,一个叫做顶点着色器(vertex shader),指定几何形状的顶点位置和大小,另一个叫做片元着色器(fragment shader),后者用于指定每个顶点的着色。每个GL程序必须要有一个vertex shader和一个fragment shader,且它们是相互对应的。(相互对应,意思是vertex shader必须要有一个fragment shader,反之亦然,但并不一定是一一对应)。当然,也是可以复用的,比如同一个vertex shader,可能会多个fragment shader来表达不同的着色方案。

说明4:坐标值和颜色值
坐标正常的取值范围都是-1到1,且是float类型。
颜色值是0到1,也是float类型,0是空(无的意思,比如黑色,或者全透明),1是有(全的意思,比如白色,或者不透明)。

说明5
Renderer实例,渲染模式(render mode)分为两种,一个是GLSurfaceView主动刷新(continuously),不停的回调Renderer的onDrawFrame,另外一种叫做被动刷新(when dirty),就是当请求刷新时才调一次onDrawFrame。

原文参考

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