Android画图方式

Android画图方式
Android里面的画图分为 2D 和 3D 两种：
2D 是由 Skia 来实现的，也就是我们在框架图上看到的SGL，SGL也会调用部分的内容来实现简单的3D效果；
3D 部分是由 OpenGL|ES 实现的， OpenGL|ES 是 Opengl 的嵌入式版本，
我们先了解一下Android apk的几种画图方式，然后再来来看一看这一整套的图形体系是怎么建立的。
首先画图都是针对提供给应用程序的一块内存填充数据，没去研究过一个Activity是否就对应着底层的一个surface，
但是应该都是对这块surface内存进行操作。因此说穿了就是我们要么调用2D 的API画图，要么调用3D的API画图，
然后将画下来的图保存在这个内存中，最后这个内存里面的内容会被Opengl渲染以后变为可以在屏幕上的像素信息。
一 、 Apk应用主要关心的还是这些API的使用，在Android apk里面画图有2种方式 [2D]：
1、Simple Graphics in View
就是直接使用Android已经实现的一些画图操作，比如说images，shapes，colors，pre-defined animation等等，
这些简单的画图操作实际上是由skia来提供的2D图形操作。
使用这些预定义好的操作，我们可以实现诸如贴一张背景图啊，画出简 单地形状阿，实现一些简单的动画之类的操作。
这里的简单可以这么理解，就是我们在这里没有一笔一画地构造出一个图形出来，
我们只是把我们的Graphic资源放入View体系中，由系统来将这些Graphic画出来。
举个例子：我们现在在Activity里面绑定一个ImageView，我们可以设置这个ImageView的内容是我们的picture，
然后我们可以让这个picture整体颜色上来点蓝色调，然后我们还可以为这个ImageView加 入一个预定义动画，
这样当系统要显示这个View的时候就会显示我们的picture，并且会有动画，并带有一个蓝色调，
我们并没有自己去定义画图操作，而是将这些内容放入View中，由系统来将这些内容画出来。
这种方式只能画静态或者极为简单的2D图画，对于实时性很强的动画，高品质的游戏都是没法实现的。
2、Canvas
首先我们要明白这个Canvas是一个2D的概念，是在Skia中定义的。也就是说在这个方式下还是说的画2D图形。
我们可以把这个Canvas理解成系统提供给我们的一块内存区域(但实际上它只是一套画图的API，真正的内存是下面的Bitmap)，
而且它还提供了一整套对这个内存区域进行操作的方法， 所有的这些操作都是画图API。
也就是说在这种方式下我们已经能一笔一划或者使用Graphic来画我们所需要的东西了，
要画什么要显示什么都由我们自己 控制。
这种方式根据环境还分为两种：一种就是使用普通View的canvas画图，还有一种就是使用专门的SurfaceView的canvas来画图。 
两种的主要是区别就是可以在SurfaceView中定义一个专门的线程来完成画图工作，应用程序不需要等待View的刷图，提高性能。
前面一种适合处理量比较小，帧率比较小的动画，比如说象棋游戏之类的；而后一种主要用在游戏，高品质动画方面的画图。
下面是这两种方式的典型sequence ：
2.1、View canvas
(1)  定义一个自己的View ：class your_view extends View{}  ；
(2)  重载View的onDraw方法：protected void onDraw(Canvas canvas){} ；
(3)  在onDraw方法中定义你自己的画图操作 ；
也可以定义自己的Btimap，然后由她创建一个canvas：
Bitmap b = Bitmap.createBitmap(100, 100, Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas c = new Canvas(b);
这里canvas画的图是画到了Bitmap b上。如果我们要显示它的话，还需要在View onDraw(Canvas canvas)中，
用canvas把Bitmap b的画到手机上。
画Bitmap可以用Canvas的如下函数：
public void drawBitmap (Bitmap bitmap, Matrix matrix, Paint paint)  ；
View 的 invalidate() 这个函数被调用后，系统会在不久的将来重新调用 onDraw() 函数以便绘画View，
这个时间很短但并不是可预知的。如果在非UI线程中调用，请使用postInvalidate()
2.2、Surface View Canvas
(1)  定义一个自己的SurfaceView :  class  your_surfaceview  extends   SurfaceView    implement s SurfaceHolder.Callback() {}   ;
(2)  实现SurfaceHolder.Callback的3个方法 surfaceCreated(); surfaceChanged(); surfaceDestroyed()  ;
(3)  定义自己的专注于画图的线程  : class your_thread extends Thread() {} ;
(4)  重载线程的run()函数  ［一般在run中定义画图操作，在surfaceCreated中启动这个线程］
(5)  画图的过程一般是这样的：
SurfaceHolder surfaceHolder = getHolder() ; //取得holder，这个holder主要是对surface操作的适配，用户不具备对surface操作的权限
surfaceHolder.addCallback(this) ;          //注册实现好的callback

Canvas canvas ＝ surfaceHolder.lockCanvas() ;       //取得画图的Canvas
/*---------------------------------画图
**-------------------------------- 画图结束*/
surfaceHolder.unlockCanvasAndPost() ;  //提交并显示
至于SurfaceView的使用可 参考实例1
所有前面3种方式的画图的一些例子在SDK上都有，写得也比较清楚，我这里就不说了，这里写一下我调这些代码过程一些小经验，应该主要涉及的是Activity这方面，应该以后都用得到：
首先是关于Eclipse的 ：
(1) ctrl ＋ shift ＋ O 可以自动添加需要的依赖包，这功能挺实用的觉得，还有alt + /是语法补全 ；
(2) 代码中右键比较实用的功能有很多，我记得的是F3找类的声明，F4找类的继承关系 ；
(3) 断点调试比较方便的，在Eclipse的右上交可以选择阅读代码的方式，还能经如debug模式，我现在用到的两个打log的方式：
Log.e("class", "value : "+ classname) ;     //检测class是否为空指针
Log.e(this.getClass().getName(), "notice message") ;
然后是关于Activity的 ：
(1) 首先尽量把UI的设计放在XML中实现，而不要放在代码中实现，这样方便设计，修改和移植 ；
(2) 所有使用到的component都必须在manifest中声明，不然程序中找不到相应的conponet的时候会报错 ；
(3) 一般每一个Activity都对应于一个类，和一个相应的布局文件xml ；
(4) 每一个Activity只有使用setContentView()绑定内容后才会显示，而且你才能从这个内容(比如xml中)获取到你需要的元素 ；
(5) res/drawable和res/raw中的元素的区别是drawable中的元素像素可能会被系统优化，而raw中的不会被优化 ；
(6) 当多个Activity都从res/drawable中获得同一个元素，如果其中一个修改它的属性，所有其他的Activity中这个元素的相应属性都会改变 ；
(7) res/anim中保存的是动画相关的xml ；
下面我们总结以下2D画图用到的包 ：
android.view                   //画图是在View中进行的
android.view.animation         //定义了一些简单的动画效果Tween Animation 和 Frame. Animation
android.graphics                  //定义了画图比较通用的API，比如canvas，paint，bitmap等
android.graphics.drawable       //定义了相应的Drawable(可画的东西)，比如说BitmapDrawable，PictureDrawable等
android.graphics.drawable.shapes          //定义了一些shape
二、了解了2D，我们再来看看3D的画图方式。3D画图SDK上讲得很简单，只是提了一个通用的方式，就是继承一个View，
然后在这个View里面获得 Opengl的句柄进行画图，道理应该来说是和2D一样的，差别就是一个是使用2D的API画图，
一个是使用3D的。不过因为3D openGl|ES具有一套本身的运行机制，比如渲染的过程控制等，
因此Android为我们提供了一个专门的用在3D画图上的 GLSurfaceView。
这个类被放在一个单独的包android.opengl里面，其中实现了其他View所不具备的操作：
(1) 具有OpenGL|ES调用过程中的错误跟踪，检查工具，这样就方便了Opengl编程过程的debug ；
(2) 所有的画图是在一个专门的Surface上进行，这个Surface可以最后被组合到android的View体系中 ；
(3) 它可以根据EGL的配置来选择自己的buffer类型，比如RGB565，depth＝16 (这里有点疑问，
SurfaceHolder的类型是SURFACE_TYPE_GPU，内存就是从EGL分配过来的？)
(4) 所有画图的操作都通过render来提供，而且render对Opengl的调用是在一个单独的线程中
(5) Opengl的运行周期与Activity的生命周期可以协调
下面我们再看看利用GLSurface画3D图形的一个典型的Sequence
(1)  选择你的EGL配置(就是你画图需要的buffer类型) [optional] ：
setEGLConfigChooser(boolean)
setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser)
setEGLConfigChooser(int, int, int, int, int, int)
(2) 选择是否需要Debug信息 [optional] :
setDebugFlags(int)
setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper).
(3) 为GLSurfaceView注册一个画图的renderer ： setRenderer(GLSurfaceView.Renderer)
(4) 设置reander mode，可以为持续渲染或者根据命令来渲染,默认是continuous rendering [optional]： setRenderMode(int)
这里有一个要注意的地方就是必须将Opengl的运行和Activity的生命周期绑定在一起，
也就是说Activity pause的时候，opengl的渲染也必须pause。
另外GLSurfaceView还提供了一个非常实用的线程间交互的函数 queueEvent(Runnable)，
可以用在主线程和render线程之间的交互，下面就是SDK提供的范例：
class   MyGLSurfaceView   extends  GLSurfaceView {
private  MyRenderer mMyRenderer;
public void  start() {
mMyRenderer = ...;
setRenderer(mMyRenderer);
}
public boolean  onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
if  (keyCode == KeyEvent.KEYCODE_DPAD_CENTER) {
queueEvent(new Runnable() {
// This method will be called on the rendering
// thread:
public void run() {
mMyRenderer.handleDpadCenter();
}});
return  true;
}
return super.onKeyDown(keyCode, event);
}
}
GLSurfaceView是Android提供的一个非常值得学习的类，它实际上是一个如何在View中添加画图线程的例子，
如何在中使用线程的例子，如何添加事件队列的例子，一个使用SurfaceView画图的经典Sequence，一个如何定义Debug信息的例子，
觉得把它看懂了可以学到很多知识，具体的源码在：/framworks/base/opengl/java/android/opengl /GLSurfaceView.java 。
3D的内容基本到这里基本讲完了，剩下的主要是如何使用Opengl API的问题了，可以看看API demo中简单的立方体，
复杂的可以看看它那个魔方的实现。下面我们总结一下3D画图需要用到的包：
Android.opengl     / /主要定义了GLSurfaceView
javax.microedition.khronos.egl    //java层的egl接口
javax.microedition.khronos.opengles   //opengl API
三、了解了2D和3D基本的画图方法，我们再回过头来看看整个Android对Opengl和Ｓkia的调用层次关系
3.1、首先来看2D，2D是主要使用的图形引擎，毕竟3D受制于其过高的硬件要求在手机上使用还是比较少，
而且Skia也能部分实现类似于3D的效果， 因此可以说SKia实现了Android平台上绝大多数的图形工作。
下面我们来看看从应用层到底层对skia的调用关系：
Android对skia的调用是一个比较经典的调用过程，应用程序的几个包是在SDK中提供的；
JNI放在框架的JNI目录下面的Graphic目录；skia 是作为一个第三方组件放在external目录下面。我们可以稍微了解一下skia的结构：      
这里主要涉及到的3个库：
libcorecg.so  包含/skia/src/core的部分内容，比如其中的Region，Rect是在SurfaceFlinger里面计算可是区域的操作基本单位
libsgl.so        包含/skia/src/core|effects|images|ports|utils的部分和全部内容，
这个实现了skia大部分的图形效果，以及图形格式的编解码
libskiagl.so   包含/skia/src/gl里面的内容，主要用来调用opengl实现部分效果
另外我看到/skia/src中有两个目录animator和view没有写入makefile的编译路径中，
我觉得这两个目录是很重要的，不知道是现在Android还没使用到，还是用其他的方式加载进去的。
要想在底层使用skia的接口来画图需要全面了解skia的一整套机制，实际上skia开源到现在还没多久，
在网上能找到的资料是也是很粗浅的，如果将来真需要在这方面下功夫肯定是需要一定的工作量的。
3.2、Android对3D的调用曾经让我迷惑了一段时间，因为在framewoks/base/core/jni这个目录一直没找到跟opengl相 关的内容，
后面去仔细看看opengl里面的内容才知道Android把opengl的本地实现，JNI，java接口都放在 /frameworks /base/opengl下面了，
而且它内部还带了一个工具可以生成JNI代码。
我们来看看opengl的目录结构：
/include     包含egl和gles所有的头文件
/java/android/opengl   这个目录包含的就是我们3D画图要使用到的GLSurfaceView
/java/com/google/android/gles_jni   这个目录包含一些自动生成的文件
/java/javax/microedition/khronos/egl   这就是应用层使用到的egl接口
/java/javax/microedition/khronos/opengl  这就是应用层使用到的opengl接口
/libagl  这个就是opengl主要的实现了
/libs  这里面包含两个库的实现，一个是libegl.so 还有一个是libGL|ES_CM.so
/tools  在我的理解这就是一个jni的生成工具
Opengl编程谁都知道是一个大工程，我觉得现在对3D的需求应该是很低的，很多效果我们使用skia也可以实现。
所以我觉得将来的重点应该还是放在skia上面。
实例1 ：
SurfaceView的使用
package com.gameloft.SurfaceView;
import android.content.Context;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.graphics.RectF;
import android.view.SurfaceHolder;
import android.view.SurfaceView;
public class  MainView  extends   SurfaceView   implements   SurfaceHolder.Callback , Runnable {
 SurfaceHolder holder;
public MainView(Context context)
{
 super(context);
    holder = this.getHolder(); //获取holder
   holder.addCallback(this);
  surfaceHolder.setFormat(PixelFormat.OPAQUE);
  //surfaceHolder.setFormat(PixelFormat.RGB_565);
  //surfaceHolder.setFormat(PixelFormat.RGBA_8888);
}
boolean blRun=true;
@Override
public void  run() {
  while (blRun)
 {
  Canvas canvas = holder.lockCanvas();/ /获取画布
  Paint paint = new Paint();
  paint.setColor(Color.BLUE);
  canvas.drawRect(new RectF(40,60,80,80), paint);
  canvas.drawLine(0,0, 320, 480, paint);
  holder.unlockCanvasAndPost(canvas) ;//解锁画布，提交画好的图像
  System.out.println("run");
 }
 
}
@Override
public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,
  int height) {
   
}
@Override
public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
   new Thread(this).start();
}
@Override
public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
   blRun=false;
}
}
注意：surfaceHolder默认的格式 PixelFormat.OPAQUE。
时间上的效率 PixelFormat.OPAQUE最高， PixelFormat.RGB_565略低点，
PixelFormat.RGBA_8888则要低很多。
在ALG的demo中：
surfaceHolder的格式为PixelFormat.OPAQUE，FPS稳定在帧数38左右。
surfaceHolder的格式为PixelFormat.RGB_565，FPS稳定在帧数37左右。
surfaceHolder的格式为PixelFormat.RGBA_8888，FPS稳定在帧数19左右。
RGBA_8888也太慢了吧