一.視圖組件 GLSurfaceView
Android上用于顯示OpenGL視圖，一般是使用GLSurfaceView，一個繼承自SurfaceView的組件。
它的渲染繪制在一個單獨的線程中，而非主線程。
GLSurfaceView一般是結合一個GLSurfaceView的內部接口類Renderer來使用。Renderer類負責渲染圖形圖像，而GLSurfaceView負責觸摸事件等邏輯的處理。
Renderer接口
- onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)：GLSurfaceView內的Surface被創建時會被調用到
- onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)：Surface尺寸改變時調用到
- onDrawFrame(GL10 gl)：渲染繪制每一幀時調用到
所以一般情況下，首次創建GLSurfaceView時，會按順序調用onSurfaceCreated、onSurfaceChanged、onDrawFrame這3個方法，然后每繪制一幀，都會不停地回調onDrawFrame方法。
GLSurfaceView常用方法
- setEGLContextClientVersion：設置OpenGL ES版本，2.0則設置2
- onPause：暫停渲染，最好是在Activity、Fragment的onPause方法內調用，減少不必要的性能開銷，避免不必要的崩潰
- onResume：恢復渲染，用法類比onPause
- setRenderer：設置渲染器
- setRenderMode：設置渲染模式
- requestRender: 請求渲染，由于是請求異步線程進行渲染，所以不是同步方法，調用后不會立刻就進行渲染。渲染會回調到Renderer接口的onDrawFrame方法。
- queueEvent：插入一個Runnable任務到后臺渲染線程上執行。相應的，渲染線程中可以通過Activity的runOnUIThread的方法來傳遞事件給主線程去執行
GLSurfaceView渲染模式
- RENDERMODE_CONTINUOUSLY：不停地渲染
- RENDERMODE_WHEN_DIRTY：只有調用了requestRender之后才會觸發渲染回調onDrawFrame方法
二.編程流程
- 編寫GLSL：重點學習
- 編譯GLSL，獲取OpenGL程序對象：基本固定，不需要死記，理解即可。后期會進行封裝，便于使用。
- 獲取GLSL中變量的引用：理解調用方式
- 通過內存Buffer,將數據傳遞給變量引用，從而控制繪制圖形、顏色：重點學習
1. 簡單的GLSL
/**
* 頂點著色器
*/
private static final String VERTEX_SHADER = "" +
// vec4：4個分量的向量：x、y、z、w
"attribute vec4 a_Position;\n" +
"void main()\n" +
"{\n" +
// gl_Position：GL中默認定義的輸出變量，決定了當前頂點的最終位置
" gl_Position = a_Position;\n" +
// gl_PointSize：GL中默認定義的輸出變量，決定了當前頂點的大小
" gl_PointSize = 40.0;\n" +
"}";
/**
* 片段著色器
*/
private static final String FRAGMENT_SHADER = "" +
// 定義所有浮點數據類型的默認精度；有lowp、mediump、highp 三種，但只有部分硬件支持片段著色器使用highp。(頂點著色器默認highp)
"precision mediump float;\n" +
"uniform mediump vec4 u_Color;\n" +
"void main()\n" +
"{\n" +
// gl_FragColor：GL中默認定義的輸出變量，決定了當前片段的最終顏色
" gl_FragColor = u_Color;\n" +
"}";
注意
在聲明vec向量的時候，一定要標識其精度類型，否則會導致部分機型花屏，如紅米note2
2.1 編譯著色器
使用compileVertexShader、compileFragmentShader兩個方法分別調用上面定義的頂點著色器、片段著色器。
/**
* 編譯頂點著色器
*
* @param shaderCode 編譯代碼
* @return 著色器對象ID
*/
public static int compileVertexShader(String shaderCode) {
return compileShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, shaderCode);
}
/**
* 編譯片段著色器
*
* @param shaderCode 編譯代碼
* @return 著色器對象ID
*/
public static int compileFragmentShader(String shaderCode) {
return compileShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, shaderCode);
}
/**
* 編譯片段著色器
*
* @param type 著色器類型
* @param shaderCode 編譯代碼
* @return 著色器對象ID
*/
private static int compileShader(int type, String shaderCode) {
// 1.創建一個新的著色器對象
final int shaderObjectId = GLES20.glCreateShader(type);
// 2.獲取創建狀態
if (shaderObjectId == 0) {
// 在OpenGL中，都是通過整型值去作為OpenGL對象的引用。之后進行操作的時候都是將這個整型值傳回給OpenGL進行操作。
// 返回值0代表著創建對象失敗。
if (LoggerConfig.ON) {
Log.w(TAG, "Could not create new shader.");
}
return 0;
}
// 3.將著色器代碼上傳到著色器對象中
GLES20.glShaderSource(shaderObjectId, shaderCode);
// 4.編譯著色器對象
GLES20.glCompileShader(shaderObjectId);
// 5.獲取編譯狀態：OpenGL將想要獲取的值放入長度為1的數組的首位
final int[] compileStatus = new int[1];
GLES20.glGetShaderiv(shaderObjectId, GLES20.GL_COMPILE_STATUS, compileStatus, 0);
if (LoggerConfig.ON) {
// 打印編譯的著色器信息
Log.v(TAG, "Results of compiling source:" + "\n" + shaderCode + "\n:"
+ GLES20.glGetShaderInfoLog(shaderObjectId));
}
// 6.驗證編譯狀態
if (compileStatus[0] == 0) {
// 如果編譯失敗，則刪除創建的著色器對象
GLES20.glDeleteShader(shaderObjectId);
if (LoggerConfig.ON) {
Log.w(TAG, "Compilation of shader failed.");
}
// 7.返回著色器對象：失敗，為0
return 0;
}
// 7.返回著色器對象：成功，非0
return shaderObjectId;
}
2.2 創建OpenGL程序對象，鏈接頂點著色器、片段著色器
/**
* 創建OpenGL程序對象
*
* @param vertexShader 頂點著色器代碼
* @param fragmentShader 片段著色器代碼
*/
protected void makeProgram(String vertexShader, String fragmentShader) {
// 步驟1：編譯頂點著色器
int vertexShaderId = ShaderHelper.compileVertexShader(vertexShader);
// 步驟2：編譯片段著色器
int fragmentShaderId = ShaderHelper.compileFragmentShader(fragmentShader);
// 步驟3：將頂點著色器、片段著色器進行鏈接，組裝成一個OpenGL程序
mProgram = ShaderHelper.linkProgram(vertexShaderId, fragmentShaderId);
if (LoggerConfig.ON) {
ShaderHelper.validateProgram(mProgram);
}
// 步驟4：通知OpenGL開始使用該程序
GLES20.glUseProgram(mProgram);
}
/**
* 創建OpenGL程序：通過鏈接頂點著色器、片段著色器
*
* @param vertexShaderId 頂點著色器ID
* @param fragmentShaderId 片段著色器ID
* @return OpenGL程序ID
*/
public static int linkProgram(int vertexShaderId, int fragmentShaderId) {
// 1.創建一個OpenGL程序對象
final int programObjectId = GLES20.glCreateProgram();
// 2.獲取創建狀態
if (programObjectId == 0) {
if (LoggerConfig.ON) {
Log.w(TAG, "Could not create new program");
}
return 0;
}
// 3.將頂點著色器依附到OpenGL程序對象
GLES20.glAttachShader(programObjectId, vertexShaderId);
// 3.將片段著色器依附到OpenGL程序對象
GLES20.glAttachShader(programObjectId, fragmentShaderId);
// 4.將兩個著色器鏈接到OpenGL程序對象
GLES20.glLinkProgram(programObjectId);
// 5.獲取鏈接狀態：OpenGL將想要獲取的值放入長度為1的數組的首位
final int[] linkStatus = new int[1];
GLES20.glGetProgramiv(programObjectId, GLES20.GL_LINK_STATUS, linkStatus, 0);
if (LoggerConfig.ON) {
// 打印鏈接信息
Log.v(TAG, "Results of linking program:\n"
+ GLES20.glGetProgramInfoLog(programObjectId));
}
// 6.驗證鏈接狀態
if (linkStatus[0] == 0) {
// 鏈接失敗則刪除程序對象
GLES20.glDeleteProgram(programObjectId);
if (LoggerConfig.ON) {
Log.w(TAG, "Linking of program failed.");
}
// 7.返回程序對象：失敗，為0
return 0;
}
// 7.返回程序對象：成功，非0
return programObjectId;
}
/**
* 驗證OpenGL程序對象狀態
*
* @param programObjectId OpenGL程序ID
* @return 是否可用
*/
public static boolean validateProgram(int programObjectId) {
GLES20.glValidateProgram(programObjectId);
final int[] validateStatus = new int[1];
GLES20.glGetProgramiv(programObjectId, GLES20.GL_VALIDATE_STATUS, validateStatus, 0);
Log.v(TAG, "Results of validating program: " + validateStatus[0]
+ "\nLog:" + GLES20.glGetProgramInfoLog(programObjectId));
return validateStatus[0] != 0;
}
3. 獲取GLSL中的索引
根據索引的類型，調用不同的方法去獲取索引，索引的值類型都是int
// 獲取頂點坐標屬性在OpenGL程序中的索引
aPositionLocation = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, A_POSITION);
// 獲取顏色Uniform在OpenGL程序中的索引
uColorLocation = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, U_COLOR);
4.1 將數據傳遞到Native層內存緩沖中
/**
* Float類型占4Byte
*/
private static final int BYTES_PER_FLOAT = 4;
/**
* 創建一個FloatBuffer
*/
public static FloatBuffer createFloatBuffer(float[] array) {
FloatBuffer buffer = ByteBuffer
// 分配頂點坐標分量個數 * Float占的Byte位數
.allocateDirect(array.length * BYTES_PER_FLOAT)
// 按照本地字節序排序
.order(ByteOrder.nativeOrder())
// Byte類型轉Float類型
.asFloatBuffer();
// 將Java Dalvik的內存數據復制到Native內存中
buffer.put(array);
return buffer;
}
4.2 將內存堆中的值傳遞給GLSL引用
接下來，我們把頂點信息傳遞給GLSL中的頂點位置引用
// 將緩沖區的指針移動到頭部，保證數據是從最開始處讀取
mVertexData.position(0);
// 關聯頂點坐標屬性和緩存數據
// 1. 位置索引；
// 2. 每個頂點屬性需要關聯的分量個數(必須為1、2、3或者4。初始值為4。)；
// 3. 數據類型；
// 4. 指定當被訪問時，固定點數據值是否應該被歸一化(GL_TRUE)或者直接轉換為固定點值(GL_FALSE)(只有使用整數數據時)
// 5. 指定連續頂點屬性之間的偏移量。如果為0，那么頂點屬性會被理解為：它們是緊密排列在一起的。初始值為0。
// 6. 數據緩沖區
GLES20.glVertexAttribPointer(aPositionLocation, POSITION_COMPONENT_COUNT, GLES20.GL_FLOAT,
false, 0, mVertexData);
// 通知GL程序使用指定的頂點屬性索引
GLES20.glEnableVertexAttribArray(aPositionLocation);
然后，我們給圖形上色
// 更新u_Color的值，即更新畫筆顏色
GLES20.glUniform4f(uColorLocation, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);
最后，再根據需求繪制不同的圖形。當前案例中，我就只繪制一個點。
// 使用數組繪制圖形：1.繪制的圖形類型；2.從頂點數組讀取的起點；3.從頂點數組讀取的數據長度
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_POINTS, 0, 1);
注意：這里一定要先上色，再繪制圖形，否則會導致顏色在當前這一幀使用失敗，要下一幀才能生效。
刷屏顏色
// 設置刷新屏幕時候使用的顏色值,順序是RGBA，值的范圍從0~1。這里不會立刻刷新，只有在GLES20.glClear調用時使用該顏色值才刷新。
GLES20.glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
// 使用glClearColor設置的顏色，刷新Surface
GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
注意
Buffer數據在傳遞給GLSL之前，一定要調用position方法將指針移到正確的位置，當前是0，之后會有課程講解到非0的情況。
// 將緩沖區的指針移動到頭部，保證數據是從最開始處讀取
mVertexData.position(0);
將數組數據put進buffer之后，指針并不是在首位，所以一定要position到0，至關重要！否則會有很多奇妙的錯誤！如:
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: remaining() < count < needed
效果
基礎框架效果圖
參考
見Android OpenGL ES學習資料所列舉的博客、資料。
GitHub代碼工程
本系列課程所有相關代碼請參考我的GitHub項目GLStudio。
課程目錄
本系列課程目錄詳見 簡書 - Android OpenGL ES教程規劃
