Android OpenGL初探

最近在做一些Android OpenGL相关的工作，作为一名初学者，第一次接触OpenGL难免有点畏惧心理，踩了很多坑。写这篇文章介绍关于OpenGL的一些基础知识，帮助大家能够快速理解。

OpenGL概念：

OpenGL(open Graphics Library):开放图形库，主要用于2D、3D矢量图形的绘制。封装了一些列API用于图像绘制，OpenGL具有非常好的跨平台性，可在windows、linux、MacOS上使用，它依赖于硬件的支持，能够通过GPU高效绘制各种图形和动画。

Android OpenGL ES：

Android的OpenGL ES库中封装了大量API，对OpenGL绘制操作提供了非常好的支持。App开发者可以通过这些接口实现OpenGL的绘制，其实这些接口底层都是通过native方法调用OpenGL库的API。应用开发者只需要理解上层接口的含义、参数的意义，就可以完成简单的绘制，对于开发者来说相当友好。

EGL相关概念：

EGL是Android为OpenGL ES提供平台独立性而设计的，上面我们提到过，OpenGL其实是通过GPU进行渲染。但是我们的程序是运行在CPU上，要与GPU关联，就需要通过EGL，它相当于Android上层应用与GPU通讯的中间层。要在Android平台实现OpenGL渲染，需要完成一系列的EGL操作，主要为下面几步：

1、获取显示设备(EGLDisplay)

获取将要用于显示的设备，有些系统具有多个显示器，会存在多个Display。在Android上通过调用EGL10的eglGetDisplay(Object native_display)方法获得EGLDisplay对象，通常传入的参数为EGL10.EGL_DEFAULT_DISPLAY。

2、初始化EGL

调用EGL10的eglInitialize(EGLDisplay display, int[] major_minor)方法完成初始化操作。display参数即为上一步获取的对象，major_minor传入的是一个int数组，通常传入的是一个大小为2的数组。

3、选择Config配置

调用EGL10的eglChooseConfig(EGLDisplay display, int[] attrib_list, EGLConfig[] configs, int config_size, int[] num_config)方法，参数1、2其意明显，参数3用于存放输出的configs，参数4指定最多输出多少个config，参数5由EGL系统写入，表明满足attributes的config一共有多少个。

4、创建EGL环境（EGLContext）

eglCreateContext(EGLDisplay display, EGLConfig config, EGLContext share_context, int[] attrib_list);参数1即为上面获取的Display,参数2为上一步chooseConfig传入的configs，share_context,是否有context共享，共享的contxt之间亦共享所有数据,通常设置为EGL_NO_CONTEXT代表不共享。attrib_list为int数组 {EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,EGL10.EGL_NONE };中间的2代表的是OpenGL ES的版本。

4、创建EGLSurface

eglCreateWindowSurface(EGLDisplay display, EGLConfig config, Object native_window, int[] attrib_list);参数1、2均为上述步骤得到的结果，参数3为上层创建的用于绘制内容的surface对象，参数4常设置为null。

5、设置OpenGL的渲染环境

eglMakeCurrent(EGLDisplay display, EGLSurface draw, EGLSurface read, EGLContext context);该方法的参数意义很明确，该方法在异步线程中被调用，该线程也会被成为GL线程，一旦设定后，所有OpenGL渲染相关的操作都必须放在该线程中执行。下面介绍GLSurfaceView的流程会描述该线程。

通过上述5步操作，就完成了EGL的初始化设置，便可以进行OpenGL的渲染操作。

GLSurfaceView绘制流程：

Android的UI绘制必须要在主线程，而OpenGL的某些操作比较耗时，放在主线程显然是不合适的。因此，Android提供了GLSurfaceView用于OpenGL的绘制，下面我们将简单介绍一下GLSurfaceView的绘制流程。

Renderer

 public interface Renderer {
        /**
         * Called when the surface is created or recreated.
         * <p>
         * Called when the rendering thread
         * starts and whenever the EGL context is lost. The EGL context will typically
         * be lost when the Android device awakes after going to sleep.
         * <p>
         * Since this method is called at the beginning of rendering, as well as
         * every time the EGL context is lost, this method is a convenient place to put
         * code to create resources that need to be created when the rendering
         * starts, and that need to be recreated when the EGL context is lost.
         * Textures are an example of a resource that you might want to create
         * here.
         * <p>
         * Note that when the EGL context is lost, all OpenGL resources associated
         * with that context will be automatically deleted. You do not need to call
         * the corresponding "glDelete" methods such as glDeleteTextures to
         * manually delete these lost resources.
         * <p>
         * @param gl the GL interface. Use <code>instanceof</code> to
         * test if the interface supports GL11 or higher interfaces.
         * @param config the EGLConfig of the created surface. Can be used
         * to create matching pbuffers.
         */
        void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config);

        /**
         * Called when the surface changed size.
         * <p>
         * Called after the surface is created and whenever
         * the OpenGL ES surface size changes.
         * <p>
         * Typically you will set your viewport here. If your camera
         * is fixed then you could also set your projection matrix here:
         * <pre class="prettyprint">
         * void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
         *     gl.glViewport(0, 0, width, height);
         *     // for a fixed camera, set the projection too
         *     float ratio = (float) width / height;
         *     gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
         *     gl.glLoadIdentity();
         *     gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1, 1, 1, 10);
         * }
         * </pre>
         * @param gl the GL interface. Use <code>instanceof</code> to
         * test if the interface supports GL11 or higher interfaces.
         * @param width
         * @param height
         */
        void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height);

        /**
         * Called to draw the current frame.
         * <p>
         * This method is responsible for drawing the current frame.
         * <p>
         * The implementation of this method typically looks like this:
         * <pre class="prettyprint">
         * void onDrawFrame(GL10 gl) {
         *     gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
         *     //... other gl calls to render the scene ...
         * }
         * </pre>
         * @param gl the GL interface. Use <code>instanceof</code> to
         * test if the interface supports GL11 or higher interfaces.
         */
        void onDrawFrame(GL10 gl);
    }

使用GLSurfaceView时需要自定义一个渲染器，实现Render接口，并将渲染器对象设置给GLSurfaceView。Render接口中定义的方法意义非常明确。将GLSurfaceView放入布局中，自定义实现Render接口就能完成OpenGL的绘制了，使用上非常简单。

GLThread

GLThread就是上面在介绍EGL时提到的GL线程，所有的EGL相关操作都在该线程中被调用，OpenGL绘制相关操作都由该线程完成，包括Render中的方法。而该线程最主要的方法就是guardedRun()，所有的操作都在该方法中执行。该方法的代码较长，在此处不贴出。不过逻辑还是比较好理解：
1、检测渲染环境是否准备好（EGL的初始化操作）；
2、循环调用Render的onDrawFrame方法；
3、调用EGL10的eglSwapBuffers(EGLDisplay display, EGLSurface surface)方法，该方法才是真正的将surface中的内容渲染到屏幕的操作。

结束语

本篇文章主要是为了介绍Android中使用OpenGL绘图的一些基础知识，没有具体的实践代码。关于GLSurfaceView建议大家阅读一下源码，源码比较容易理解。只要理解了上述的过程，其实还是比较容易看懂的。后面的文章会通过实例介绍OpenGL的绘制。