Android OpenGL ES(一)-开始描绘一个平面三角形

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关于OpenGL ES Android的介绍这里略过

OpenGL ES世界的基本元素

1. 着色器
2. 坐标系。矩阵
3. 纹理 ...

本文主要涉及的部分是着色器的使用。

直接开始

创建GLSurfaceView

今天的目标是做一个OpenGL ES学习的开端。就是画一个简单的三角形。暂时不考虑坐标系的矩阵变换和纹理等。只需要用顶点着色器简单的来进行描述。 这一节需要使用和认识的关键类是 GLSurfaceView和GLSurfaceView.Render 一句话来描述就是，我们会在GLSurfaceView.Render上进行描绘，在GLSurfaceView中显示出来。

判断是否支持OpenGL Es2

 /**
     * 判断是否支持es2.0
     *
     * @param context
     * @return
     */
    public static boolean isSupportEs2(Context context) {
        //检查是否支持2.0
        ActivityManager activityManager = (ActivityManager) context.getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
        if (activityManager != null) {
            ConfigurationInfo deviceConfigurationInfo = activityManager.getDeviceConfigurationInfo();
            int reqGlEsVersion = deviceConfigurationInfo.reqGlEsVersion;
            return reqGlEsVersion >= GLES_VERSION_2 || (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.ICE_CREAM_SANDWICH_MR1
                    && (Build.FINGERPRINT.startsWith("generic")
                    || Build.FINGERPRINT.startsWith("unknown")
                    || Build.MODEL.contains("google_sdk")
                    || Build.MODEL.contains("Emulator")
                    || Build.MODEL.contains("Android SDK build for x86")));
        } else {
            return false;
        }

    }

创建GLSurfaceView

接着创建一个GLSurfaceView。并且设置其版本为2。同时设置我们自己的Render

           //创建一个GLSurfaceView
            glSurfaceView = new GLSurfaceView(this);
            glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2);
            //设置自己的Render.Render 内进行图形的绘制
            glSurfaceView.setRenderer(new TriangleShapeRender(this));
            isRenderSet = true;
            setContentView(glSurfaceView);

还需要在Activity对应的生命周期内，来调用我们的GLSurfaceView的方法

 @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        if (isRenderSet) {
            glSurfaceView.onPause();
        }

    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        if (isRenderSet) {
            glSurfaceView.onResume();
        }

    }

绘制三角形-Render的实现类

绘制的基础知识

GLThread

因为Android中的GLSurfaceView的操作，其实都是在GLThread中进行。所以生命周期方法的回调也都在GLThread线程中。所有OpenGL的操作也都需要在该线程中。

基础的生命周期方法

接下来转到Render的实现类里面来。先关注需要实现的生命周期方法。

/**
 * 注意:
 * 因为我们是使用g20来进行编程，需要要注意导包
 *
 * 主要在Render类内，完成对应的绘制.
 * 对应的生命周期的回调
 * -> onSurfaceCreated
 * -> onSurfaceChanged
 * -> onDrawFrame
 *
 * Created by a2957 on 2018/5/3.
 */
public class ViewGLRender implements GLSurfaceView.Renderer {
    @Override
    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
        //0.简单的给窗口填充一种颜色
        GLES20.glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,0.0f);

        //在创建的时候，去创建这些着色器

    }

    @Override
    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
        //在窗口改变的时候调用
        GLES20.glViewport(0,0,width,height);
    }

    @Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {
        //0.glClear（）的唯一参数表示需要被清除的缓冲区。当前可写的颜色缓冲
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    }
}

如上面代码所示，对应的生命周期方法，对应了各个状态

• onSurfaceCreated GLSurfaceView创建的时机。按照惯用思维，在这里进行一些初始化的操作。
• onSurfaceChanged GLSurfaceView改变的时机。如代码所示，初始化GL的ViewPort
• onDrawFrame 这个生命周期方法会不断的回调。不断的绘制。

开始绘制三角形

着色器代码的套路

我们需要熟悉编写着色器代码的套路。 之所以说是套路，因为这些步骤都是类似的。

1. 编写着色器的glsl

我们先简单的写一下顶点着色器和片元着色器的代码。这些代码具体是为什么这样写。我们在这里先不关注。我们先熟悉一下流程。 在assets中创建对应的文件。代码内容如下

• 顶点着色器 //定义一个attribute aPosition ，类型为vec4。4个方向的向量 attribute vec4 aPosition; void main() { //这里的gl_Position是OpenGL内置的变量。 gl_Position = aPosition; } 简单的描述一下，就是我们自己定义一个属性aPosition来描述位置。(ps:像是废话)
• 片元着色器 //设置片元着色器的精度。这里值要兼容性能和效率。通常都是选择mediump precision mediump float; //定义个常量 uColor uniform vec4 uColor; void main(){ //同样。这里的gl_FragColor是内置的变量 gl_FragColor = uColor; } 废话同上。

2. 在onSurfaceCreated方法内初始化

注意OpenGL的操作，都必须在GLThread中进行。生命周期方法的回调也都在这个线程中

• 编译着色器代码，得到代表着色的Id(类似于指针的感觉) /** * 对ShaderCode进行编译 * * @param type shader的type * @param shaderCode 进行编译的Shader代码 * @return shaderObjectId */ public static int compileShaderCode(int type, String shaderCode) { //得到一个着色器的ID。主要是对ID进行操作 int shaderObjectId = GLES20.glCreateShader(type); //如果着色器的id不为0，则表示是可以用的 if (shaderObjectId != 0) { //0.上传代码 GLES20.glShaderSource(shaderObjectId, shaderCode); //1.编译代码.根据刚刚和代码绑定的ShaderObjectId进行编译 GLES20.glCompileShader(shaderObjectId); //2.查询编译的状态 int[] status = new int[1]; //调用getShaderIv ，传入GL_COMPILE_STATUS进行查询 GLES20.glGetShaderiv(shaderObjectId, GLES20.GL_COMPILE_STATUS, status, 0); if (status[0] == 0) { //等于0。则表示失败 //失败的话，需要释放资源，就是删除这个引用 GLES20.glDeleteShader(shaderObjectId); Log.w("OpenGL Utils", "compile failed!"); return 0; } } //最后都会去返回这个shader的引用id return shaderObjectId; } 这段基本的流程就是 根据着色器的类型，创建一个shaderObjectId=> 使用GLES20将我们的代码和ID进行绑定=> 编译我们绑定的代码=> 查询编译的状态。如果失败的话，就需要释放资源。delete=> 成功返回我们绑定好编译后代码的shaderObjectId
• 创建program,将得到的id绑定上，并链接program @Override public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) { super.onSurfaceCreated(gl, config); //0.先从Asset中得到着色器的代码 String vertexShaderCode = GLESUtils.readAssetShaderCode(context, VERTEX_SHADER_FILE); String fragmentShaderCode = GLESUtils.readAssetShaderCode(context, FRAGMENT_SHADER_FILE); //1.得到之后，进行编译。得到id int vertexShaderObjectId = GLESUtils.compileShaderCode(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode); int fragmentShaderObjectId = GLESUtils.compileShaderCode(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode); //3.继续套路。取得到program mProgramObjectId = GLES20.glCreateProgram(); //将shaderId绑定到program当中 GLES20.glAttachShader(mProgramObjectId, vertexShaderObjectId); GLES20.glAttachShader(mProgramObjectId, fragmentShaderObjectId); //4.最后，启动GL link program GLES20.glLinkProgram(mProgramObjectId); } 整体的流程就如上面代码注释的一样。 创建program=> 将shaderId绑定到program当中=> 最后，启动GL link program

这样着色器的套路就基本确定下来了。

三角形的形状

上面编写的顶点着色器中，我们定义了aPosition的属性。就相当于我们将在OpenGL中定义了一个存储的点。接下来,我们就会将这个点来存储我们定义的形状信息。来显示出形状。

• 三角形的坐标系

OpenGL中的坐标系是从[-1，1]。 我们先用一组数组的坐标系，来描述我们的三角形

  //顶点的坐标系
  private static float TRIANGLE_COORDS[] = {
          //Order of coordinates: X, Y, Z
          0.5f, 0.5f, 0.0f, // top
          -0.5f, -0.5f, 0.0f, // bottom left
          0.5f, -0.5f, 0.0f   // bottom right
  };

三角形的归一化坐标.png

我们还会定义一些常量，来帮助我们操作。常量就如注释说明

 //在数组中，一个顶点需要3个来描述其位置，需要3个偏移量
  private static final int COORDS_PER_VERTEX = 3;
  private static final int COORDS_PER_COLOR = 0;

  //在数组中，描述一个顶点，总共的顶点需要的偏移量。这里因为只有位置顶点，所以和上面的值一样
  private static final int TOTAL_COMPONENT_COUNT = COORDS_PER_VERTEX+COORDS_PER_COLOR;
  //一个点需要的byte偏移量。
  private static final int STRIDE = TOTAL_COMPONENT_COUNT * Constant.BYTES_PER_FLOAT;

• 给三角形分配内存空间 需要注意的是， 调用GLES20的包的方法时，其实就是调用JNI的方法。 所以分配本地的内存块，将java数据复制到本地内存中，而本地内存可以不受垃圾回收的控制。可以使用nio中的ByteBuffer来创建内存区域。 /* 1. 使用nio中的ByteBuffer来创建内存区域。 2. ByteOrder.nativeOrder()来保证，同一个平台使用相同的顺序 3. 然后可以通过put方法，将内存复制过去。 因为这里是Float，所以就使用floatBuffer */ mVertexFloatBuffer = ByteBuffer .allocateDirect(TRIANGLE_COORDS.length * Constant.BYTES_PER_FLOAT) .order(ByteOrder.nativeOrder()) .asFloatBuffer() .put(TRIANGLE_COORDS); //因为是从第一个点开始，就表示三角形的，所以将position移动到0 mVertexFloatBuffer.position(0);
• 整体上
  1. 通过数组来描述三角形的坐标系。因为我们没有考虑空间转换，所以就不需要进行矩阵变化，暂时就直接使用三角形在OpenGl中的坐标系就可以。
  2. 给定义的数组，分配对应的本地内存的空间。ByteBuffer .allocateDirect方法

在onDrawFrame中调用绘制

@Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {
        super.onDrawFrame(gl);

        //0.先使用这个program?这一步应该可以放到onCreate中进行
        GLES20.glUseProgram(mProgramObjectId);

        //1.根据我们定义的取出定义的位置
        int vPosition = GLES20.glGetAttribLocation(mProgramObjectId, A_POSITION);
        //2.开始启用我们的position
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(vPosition);
        //3.将坐标数据放入
        GLES20.glVertexAttribPointer(
                vPosition,  //上面得到的id
                COORDS_PER_VERTEX, //告诉他用几个偏移量来描述一个顶点
                GLES20.GL_FLOAT, false,
                STRIDE, //一个顶点需要多少个字节的偏移量
                mVertexFloatBuffer);

        //取出颜色
        int uColor = GLES20.glGetUniformLocation(mProgramObjectId, U_COLOR);

        //开始绘制
        //设置绘制三角形的颜色
        GLES20.glUniform4fv(
                uColor,
                1,
                TRIANGLE_COLOR,
                0
        );

        //绘制三角形.
        //draw arrays的几种方式 GL_TRIANGLES三角形 
        //GL_TRIANGLE_STRIP三角形带的方式(开始的3个点描述一个三角形，后面每多一个点，多一个三角形) 
        //GL_TRIANGLE_FAN扇形(可以描述圆形)
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, VERTEX_COUNT);
        //禁止顶点数组的句柄
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(vPosition);

    }

• 整体上
  1. 先use我们之前得到的programObjectId
  2. 启用我们定义的属性和变量，并设置数据
  3. 用绘制的命令开始对应的绘制

最后的效果

image.png

总结一下，我们从这第一章节的内容了解到了下面这些使用的知识点：

1. 运行在GLThread中
2. 着色器编译和使用的套路
3. 使用数组的方式来描述图形，使用本地内存分配的方式来分配对应的内存。
4. 绘制图形的过程中，启用我们设置的属性和变量，并且绘制的套路

未知道的： 坐标矩阵的变化。和纹理等。

整体的代码位置：https://github.com/deepsadness/OpenGLDemo5