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

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