Android平台上使用OpenGL ES-EGL

上下文环境搭建
就像前面提到的,OpenGL不负责窗口管理及上下文环境管理,该职责将由各个平台或者设备自行完成。为了在OpenGL的输出与设备的屏幕之间架接起一个桥梁,Khronos创建了EGL的API,EGL是双缓冲的工作模式,即有一个Back Frame Buffer和一个Front Frame Buffer,正常
绘制操作的目标都是Back Frame Buffer,操作完毕之后,调用eglSwapBuffer这个API,将绘制完毕的FrameBuffer交换到Front FrameBuffer并显示出来。而在Android平台上,使用的是EGL这一套机制,EGL承担了为OpenGL提供上下文环境以及窗口管理的职责。

要在Android平台上使用OpenGL ES,

  • 使用GLSurfaceView:第一种方式是直接使用GLSurfaceView,通过这种方式使用OpenGL ES比较简单,因为不需要开发者搭建OpenGL ES的上下文环境,以及创建OpenGL ES的显示设备。但是凡事都有两面,有好处也就有坏处,使用GLSurfaceView不够灵活,很多真正的OpenGL ES的核心用法(比如共享上下文来达到多线程共同操作一份纹理)都不能直接使用。
  • Native使用:直接使用EGL的API来搭建的,并且是基于C++的环境搭建的。因为如果仅仅Java层编写,那么对于普通的应用也许可行,但是对于要进行解码或使用第三方库的场景(比如人脸识别),则需要到C++层来实施。出于效率和性能的考虑,这里的架构将直接使用Native层的EGL搭建一个OpenGL ES的开发环境。要想在Native层使用EGL,那么就必须要在Makefile文件中加入EGL库,并在使用该库的C++文件中引入对应的头文件。这样就可以在Android的C++开发中使用EGL了,不过要想使用OpenGL ES,还需要引入OpenGL ES对应的头文件与库。

下面介绍的是在Native层使用EGL。

首先EGL需要知道绘制内容的目标在哪里,EGLDisplay是一个封装系统物理屏幕的数据类型(可以理解为绘制目标的一个抽象),通常会调用eglGetDisplay方法返回EGLDisplay来作为OpenGL ES渲染的目标。在调用该方法的时候,常量EGL_DEFAULT_DISPLAY会被传进该方法
中,每个厂商通常都会返回默认的显示设备,代码如下:

if ((display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY)) == EGL_NO_DISPLAY) {
    LOGE("eglGetDisplay() returned error %d", eglGetError());
    return false;
}

然后调用eglInitialize来初始化这个显示设备,该方法会返回一个布尔型变量来代表执行状态,后面两个参数则代表Major和Minor的版本,比如EGL的版本号是1.0,那么Major将返回1,Minor则返回0。如果不关心版本号,则可都传入0或者NULL,代码如下:

if (!eglInitialize(display, 0, 0)) {
    LOGE("eglInitialize() returned error %d", eglGetError());
    return false;
}

接下来就需要准备配置选项了,一旦EGL有了Display之后,它就可
以将OpenGL ES的输出和设备的屏幕桥接起来,但是需要指定一些配置
项,类似于色彩格式、像素格式、RGBA的表示以及SurfaceType等,不
同的系统以及平台使用的EGL标准是不同的,Android平台下的配置代
码如下所示:
const EGLint attribs[] = {EGL_BUFFER_SIZE, 32,
EGL_ALPHA_SIZE, 8,
EGL_BLUE_SIZE, 8,
EGL_GREEN_SIZE, 8,
EGL_RED_SIZE, 8,
EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,
EGL_SURFACE_TYPE, EGL_WINDOW_BIT,
EGL_NONE };
if (!eglChooseConfig(display, attribs, &config, 1, &numConfigs)) {
LOGE("eglChooseConfig() returned error %d", eglGetError());
return false;
}
最终可通过调用eglChooseConfig方法得到配置选项信息,接下来就
需要创建OpenGL的上下文环境——EGLContext了,这里需要用到之前
介绍过的EGLDisplay和EGLConfig,因为任何一条OpenGL指令都必须
在自己的OpenGL上下文环境中运行,所以可以按照如下代码构建出
OpenGL的上下文环境:
EGLint attributes[] = { EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, EGL_NONE };
if (!(context = eglCreateContext(display, config, NULL,
eglContextAttributes))) {
LOGE("eglCreateContext() returned error %d", eglGetError());
return false;
}
函数eglCreateContext的第三个参数可以由开发者传入一个
EGLContext类型的变量,该变量的意义是指可以与正在创建的上下文环
境共享OpenGL资源,包括纹理ID、FrameBuffer以及其他的Buffer资
源。这里暂时填写为NULL,代表不需要与其他的OpenGL ES上下文共
享任何资源。

通过上面这三步创建OpenGL的上下文之后,说明EGL和OpenGL
ES端的环境已经搭建完毕,即OpenGL ES的输出已经可以获取到了,那
么应该如何将该输出渲染到设备的屏幕上呢?应该将EGL和设备的屏幕
连接起来,只有这样EGL才是一个“桥”的功能,从而使得OpenGL ES的
输出可以渲染到设备的屏幕上。那么如何将EGL和设备的屏幕连接起来
呢?答案是使用EGLSurface,Surface实际上是一个FrameBuffer,通过
EGL库提供的eglCreateWindowSurface可以创建一个可实际显示的
Surface,通过EGL库提供的eglCreatePbufferSuface可以创建一个
OffScreen的Surface,当然Surface也有很多属性,其中最基础的属性包
括EGL_WIDTH、EGL_HEIGHT等,代码如下:
EGLSurface surface = NULL;
EGLint format;
if (!eglGetConfigAttrib(display, config, EGL_NATIVE_VISUAL_ID,
&format)) {
LOGE("eglGetConfigAttrib() returned error %d", eglGetError());
return surface;
}
ANativeWindow_setBuffersGeometry(_window, 0, 0, format);
if (!(surface = eglCreateWindowSurface(display, config, _window, 0))) {
LOGE("eglCreateWindowSurface() returned error %d", eglGetError());
}

有的读者可能会问_window是什么?这里需要重点解释一下,这个
_window就是通过Java层的Surface对象创建出的ANativeWindow类型的
对象,即本地设备屏幕的表示,在Android里面可以通过Surface(通过
SurfaceView或者TextureView来得到或者构建出的Surface对象)构建
ANativeWindow。这需要我们在使用的时候引用头文件:

include <android/native_window.h>

include <android/native_window_jni.h>

调用ANAtiveWindow API的代码如下:
ANativeWindow* window = ANativeWindow_fromSurface(env, surface);

env就是JNI层的JNIEnv指针类型的变量,surface就是jobject类型的
变量,由Java层Surface对象传递而来。这样就可以把EGL和Java层的
View(即设备的屏幕)连接起来了。如果要做离线的渲染,即在后台使
用OpenGL进行一些图像的处理,就需要用到离线处理的Surface了,创
建离线处理Surface的代码如下:
EGLSurface surface;
EGLint PbufferAttributes[] = { EGL_WIDTH, width, EGL_HEIGHT, height, EGL_NONE,
EGL_NONE };
if (!(surface = eglCreatePbufferSurface(display, config, PbufferAttributes))) {
LOGE("eglCreatePbufferSurface() returned error %d", eglGetError());
}

进行离线渲染的时候,可以使用这个Surface进行操作。
现在,EGL的准备工作已经做好了,一方面为OpenGL ES的渲染准
备好了上下文环境,可以接收到OpenGL ES渲染出来的纹理,另外一方
面连接好了设备的屏幕(Java层提供的SurfaceView或者
TextureView),那么接下来就来具体看一下如何使用创建好的EGL环
境进行工作。
首先需要明确一点,开发者需要开辟一个新的线程,来执行
OpenGL ES的渲染操作,而且还必须为该线程绑定显示设备(Surface)
与上下文环境(Context),因为每个线程都需要绑定一个上下文,这样
才可以执行OpenGL的指令,所以首先需要调用eglMakeCurrent,来为该
线程绑定Surface与Context。
eglMakeCurrent(display, eglSurface, eglSurface, context);

然后就可以执行RenderLoop循环了,每次循环都将调用OpenGL ES
指令绘制图像。前文曾经提到过,EGL的工作模式是双缓冲模式,其内
部有两个FrameBuffer(帧缓冲区,可以理解为是一个图像的存储区
域),当EGL将一个FrameBuffer显示到屏幕上的时候,另外一个
FrameBuffer就在后台等待OpenGL ES进行渲染输出了。直到调用函数
eglSwapBuffers这条指令的时候,才会把前台的FrameBuffer和后台的
FrameBuffer进行交换,这样用户就可以在屏幕上看到刚才OpenGL ES渲
染输出的结果了。

最后所有的绘制操作执行完毕之后,需要销毁资源。注意销毁资源
也必须在这个线程中,首先要销毁显示设备(EGLSurface):
eglDestroySurface(display, eglSurface);
然后销毁上下文(Context):
eglDestroyContext(display, context);

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