OpenGL ES Android 第一课

官网镇楼
OpenGL 简介

openGL 与 OpenGL ES 区别

OpenGL 跨平台的高性能3D渲染API

openGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是 OpenGL 的子集，针对移动设备及嵌入式设备设计的

OpenGL 版本

1.0旧版本，API1 支持基本废弃
2.0 Android 2.2 (API level 8)支持，相对于1.0版本改动很大，不兼容OpenGL ES 1.x，易用性得到提升，常用的都是这个版本，
3.0 Android 4.3 (API level 18) 支持，向下兼容OpenGL ES 2.x

题外话：OpenGL2.0/3.0 中使用 openGL 都是static静态方法，比如

GLES20.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f)

也可以是 GLES10/11/30/31/32 其中的数字就代表 openGL 的版本，并且方法都是 gl 开头，看着设计，我只想说，碉堡了！！

基本概念

Android 中OpenGL 承载为 GLSurfaceView，里面提供一个openGL 开发环境，上面说过openGL 方法调用都是static 静态的，但是只能在 Render 的三个生命周期内调用

onSurfaceCreated
onSurfaceChanged
onDrawFrame

着色器(Shader)：是在GPU上运行的小程序。从名称可以看出，可通过处理它们来处理顶点。此程序使用openGL ES Shading language 语言来编写。它是一个描述顶点或像素特性的简单程序，分为顶点着色器和片元着色器。
顶点着色器(vertex Shader)：指定几何形状的顶点，比如三角形的三个点
片元着色器(fragment shader):指定每个顶点之间的着色

顶点着色器和片元着色器是一一对应的，一个 GL 程序必须至少有一个vertex Shader 和 Fragment shader

5.坐标轴，右手坐标系，跟 Android 的 Y 轴坐标刚好相反，这点要注意，后续的相关操作需要转换Y轴坐标

图形绘制：OpenGL只能绘制基本的点、线、三角形，其他图形都是由这三个基本元素组成的(大部分都是大量的三角形组成，所以衡量 GPU 性能常用单位时间绘制三角形数量表示)

实战，开始 OpenGL 绘制之旅

构建一个 GLSurfaceView

class GlActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var glSurfaceView: GLSurfaceView

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        glSurfaceView = GLSurfaceView(applicationContext)
        setContentView(glSurfaceView)

        // 设置 openGl 的类型 OpenGL ES 2.0
        glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2)
        // 设置 render
        glSurfaceView.setRenderer(getRender())
        // 设置渲染模式 一直渲染
        glSurfaceView.renderMode = GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY

    }

    private fun getRender(): GLSurfaceView.Renderer? {
        return PointsRender
    }

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

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



}

几个关键步骤：

创建一个 GLSurfaceView, 然后GLSurfaceView中 openGL 的版本
设置 Render, 这步骤是最重要的，所有的 openGL 相关代码都在 Render 生命周期内调用
设置渲染模式，两种
1. GLSurfaceView主动刷新(continuously)，不停的回调Renderer的onDrawFrame
2. 被动刷新（when dirty），就是当请求刷新时才调一次onDrawFrame,调用方法为glSurfaceView.requestRender()

glSurfaceView.renderMode = GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY

我们这里为了方便，采用主动刷新

Render 编写

这里也是最主要的内容
和 C 语言一样，分为编写源码-> 编译(compile)->链接(link)->运行/绘制(draw)

1. 编写 Render 源码

基本上都是一个固定的步骤
创建一个vertex shader 和 fragment Shader,用的是openGL ES Shading language shader 描述语言，和 C 语言十分相似，能够直接操作矩阵和向量，直接运行在GPU 之上

//指定 绘制中心点为0，0，0 最后一个在2D 环境下永远为1.0, pointSize 表示点的大小为20
 private const val VERTEX_SHADER =
            "void main() {\n" +
                    "gl_Position = vec4(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"

shader 语言永远都有一个 main() 方法，vec4 为齐次坐标，vec4和gl_PointSize都是vertex shader内置变量, 可以直接使用，FragmentShader同理

2. 编译 shder

这一步主要把 shader源码隐射到 openGL 对象上(vsh)

// 创建一个vertex shader程序 返回值是一个句柄/程序指针 JNI 知识
        val vsh = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
        // 设置 vertex shader 源码

        GLES20.glShaderSource(vsh, VERTEX_SHADER)
        // 编译 vertex shader
        GLES20.glCompileShader(vsh)
        
        val fsh = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
        GLES20.glShaderSource(fsh, FRAGMENT_SHADER)
        GLES20.glCompileShader(fsh)

3. 链接 shader

这一步主要是把vertex shader 和Fragment shader融合到 programs，生成最后的渲染对象，代码也是固定的

// 创建shader program句柄
        programs = GLES20.glCreateProgram()
        GLES20.glAttachShader(programs, vsh)// 把vertex shader添加到program
        GLES20.glAttachShader(programs, fsh)// 把fragment shader添加到program
        GLES20.glLinkProgram(programs)

4. 检测是否成功

这一步不是必须的，但是一般都会这么做，
status 为0表示正常，最后是打印出 program 的信息

        GLES20.glValidateProgram(programs)  
        val status = IntArray(1)
        // 获取验证的状态 0为正常
        GLES20.glGetProgramiv(programs, GLES20.GL_VALIDATE_STATUS, status, 0)

        Log.d(TAG, "validate shader program: " + GLES20.glGetProgramInfoLog(programs))

绘制 shader

代码也基本上是固定的

清除颜色缓冲区，清除上一帧的数据，防止脏数据

GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT)

设置shader

把之前的编译链接好的shader传入

GLES20.glUseProgram(programs)

绘制 shader
因为只绘制一个点，所以传入1

GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_POINTS, 0, 1)

最后贴一下总的代码

shader

object PointsRender : GLSurfaceView.Renderer {

    
    private const val VERTEX_SHADER =
            "void main() {\n" +
                    "gl_Position = vec4(-0.5, 0.5, 0.0, 1.0);\n" +
                    "gl_PointSize = 20.0;\n" +
                    "}\n"


    private const val FRAGMENT_SHADER =
            "void main() {\n" +
                    "gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n" +
                    "}\n"

    private var programs: Int = -1


    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        GLES20.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f)

        val vsh = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
    
        GLES20.glShaderSource(vsh, VERTEX_SHADER)
        // 编译 vertex shader
        GLES20.glCompileShader(vsh)

        // 创建一个fragment shader程序
        val fsh = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
        GLES20.glShaderSource(fsh, FRAGMENT_SHADER)
        GLES20.glCompileShader(fsh)

        // 创建shader program句柄
        programs = GLES20.glCreateProgram()
        GLES20.glAttachShader(programs, vsh)// 把vertex shader添加到program
        GLES20.glAttachShader(programs, fsh)// 把fragment shader添加到program
        GLES20.glLinkProgram(programs)// 做链接，
        GLES20.glValidateProgram(programs)  // 让OpenGL来验证一下我们的shader program，并获取验证的状态

        val status = IntArray(1)
        GLES20.glGetProgramiv(programs, GLES20.GL_VALIDATE_STATUS, status, 0)

        Log.d(TAG, "validate shader program: " + GLES20.glGetProgramInfoLog(programs))
    }


    
    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height) // 参数是left, top, width, height
    }


    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT)// 清除颜色缓冲区
        GLES20.glUseProgram(programs)
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_POINTS, 0, 1)// 开始渲染，发送渲染点的指令
    }


}

GLSurfaceView

class GlActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var glSurfaceView: GLSurfaceView

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        glSurfaceView = GLSurfaceView(applicationContext)
        setContentView(glSurfaceView)

        // 设置 openGl 的类型 OpenGL ES 2.0
        glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2)
        // 设置 render
        glSurfaceView.setRenderer(getRender())
        // 设置渲染模式 一直渲染
        glSurfaceView.renderMode = GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY
    }

    private fun getRender(): GLSurfaceView.Renderer? {
        return PointsRender
    }

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

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



}