Android基礎系列-----------OpenGL ES（一）

一、OpenGL ES

        OpenGL（全寫Open Graphics Library）是個定義了一個跨編程語言、跨平臺的編程接口的規範，它用於生成二維、三維圖像。這個接口由近三百五十個不同的函數調用組成，用來從簡單的圖元繪製複雜的三維景象。它本身只是協議規範，而不是軟件源碼庫。主要用於pc和工作站。

        OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是一個針對嵌入式應用的，免費的，支持全功能2D、3D的跨平臺API（OpenGL® ES is a royalty-free, cross-platform API for full-function 2D and 3D graphics on embedded systems - including consoles, phones, appliances and vehicles）。
        android中2D向量圖形函數庫使用了Google在05年收購的一家公司提供的引擎叫skia。

二、Android的圖形系統

        Android apk 裏面的畫圖分爲2D和3D兩種：2D是由Skia 來實現的，Skia 也會調用部分opengl 的內容來實現簡單的3D效果；3D部分是由OpenGL|ES實現的，OpenGL|ES是OpenGL的嵌入式版本。先了解一下Android apk的幾種畫圖方式，然後再來來看一看這一整套的圖形體系是怎麼建立的。
      首先畫圖都是針對提供給應用程序的一塊內存填充數據 ， 因此說穿了就是要麼調用2D 的API畫圖，要麼調用3D的API畫圖，然後將畫下來的圖保存在這個內存中，最後這個內存裏面的內容會被Opengl渲染以後變爲可以在屏幕上的像素信 息。
      Apk應用主要關心的還是這些API的使用，在Android apk裏面2D畫圖有2種方式 ：

      1、Simple Graphics in View

       就是直接使用Android已經實現的一些畫圖操作，比如說images，shapes，colors，pre-defined animation等等，這些簡單的畫圖操作實際上是由skia來提供的2D圖形操作。使用這些預定義好的操作，可以實現諸如貼一張背景圖，畫出簡單形狀，實現一些簡單的動畫之類的操作。這裏的簡單可以這麼理解，就是我們在這裏沒有一筆一畫地構造出一個圖形出來，我們只是把我們的Graphic 資源放入View體系中，由系統 來將這些Graphic畫出來。舉個例子：我們現在在Activity裏面綁定一個ImageView，我們可以設置這 個ImageView的內容是我們的picture，然後我們可以讓這個picture整體顏色上來點藍色調，然後我們還可以爲這個ImageView加 入一個預定義動畫，這樣當系統要顯示這個View的時候就會顯示我們的picture，並且會有動畫，並帶有一個藍色調，我們並沒有自己去定義畫圖操作， 而是將這些內容放入View中，由系統來將這些內容畫出來。這種方式只能畫靜態或者極爲簡單的2D圖畫，對於實時性很強的動畫，高品質的遊戲都是沒法實現的。

      2、Canvas

       Canvas是一個2D的概念，是在Skia中定義的。可以把這個Canvas理解成系統提供給我們的一塊內存區域(但實際上它只是一套畫圖的API，真正的內存是下面的Bitmap)，而且它還提供了一整套對這個內存區域進行操作的方法， 所有的這些操作都是畫圖API。也就是說在這種方式下我們已經能一筆一劃或者使用Graphic來畫我們所需要的東西了，要畫什麼要顯示什麼都由我們自己控制。這種方式根據環境還分爲兩種：一種就是使用普通View的canvas畫圖，還有一種就是使用專門的SurfaceView的canvas來畫圖。 兩種的主要是區別就是可以在SurfaceView中定義一個專門的線程來完成畫圖工作，應用程序不需要等待View的刷圖，提高性能。前面一種適合處理量比較小，幀率比較小的動畫，比如說象棋遊戲之類的；而後一種主要用在遊戲，高品質動畫方面的畫圖。下面是這兩種方式的典型sequence ：

       2.1、View canvas

      (1)  定義一個自己的View ：class your_view extends View{}  ；
      (2)  重載View的onDraw方法：protected void onDraw(Canvas canvas){} ；
      (3)  在onDraw方法中定義你自己的畫圖操作 ；

      2.2、Surface View Canvas

      (1)  定義一個自己的SurfaceView : class your_surfaceview extends SurfaceView  implements SurfaceHolder.Callback() {}  ;
      (2)  實現SurfaceHolder.Callback的3個方法surfaceCreated()   surfaceChanged()   surfaceDestroyed() ;
      (3)  定義自己的專注於畫圖的線程  : class your_thread extends Thread() {} ;
      (4)  重載線程的run()函數  ［一般在run中定義畫圖操作，在surfaceCreated中啓動這個線程］
      (5)  畫圖的過程一般是這樣的：
            SurfaceHolder surfaceHolder = getHolder() ;          //取得holder，這個holder主要是對surface操作的適配，用戶不具備對surface操作的權限
            surfaceHolder.addCallback(this) ;                          //註冊實現好的callback
            Canvas canvas ＝ surfaceHolder.lockCanvas() ;      //取得畫圖的Canvas
            /*---------------------------------畫圖
            **-------------------------------- 畫圖結束*/
            surfaceHolder.unlockCanvasAndPost() ;                //提交併顯示      
      以下是2D畫圖用到的包 ：
          android.view                   //畫圖是在View中進行的
          android.view.animation         //定義了一些簡單的動畫效果Tween Animation 和 Frame. Animation
          android.graphics                  //定義了畫圖比較通用的API，比如canvas，paint，bitmap等
          android.graphics.drawable       //定義了相應的Drawable(可畫的東西)，比如說BitmapDrawable，PictureDrawable等
          android.graphics.drawable.shapes          //定義了一些shape
      3D畫圖SDK上講得很簡單，只是提了一個通用的方式，就是繼承一個View，然後在這個View裏面獲得 Opengl的句柄進行畫圖，道理應該來說是和2D一樣的，差別就是一個是使用2D的API畫圖，一個是使用3D的。不過因爲3D openGl|ES具有一套本身的運行機制，比如渲染的過程控制等，因此Android提供了一個專門的用在3D畫圖上的GLSurfaceView。這個類被放在一個單獨的包android.opengl裏面，其中實現了其他View所不具備的操作：
      (1) 具有OpenGL|ES調用過程中的錯誤跟蹤，檢查工具，這樣就方便了Opengl編程過程的debug ；
      (2) 所有的畫圖是在一個專門的Surface上進行，這個Surface可以最後被組合到android的View體系中 ；
      (3) 它可以根據EGL的配置來選擇自己的buffer類型，比如RGB565，depth＝16 (這裏有點疑問，SurfaceHolder的類型是SURFACE_TYPE_GPU，內存就是從EGL分配過來的？)
      (4) 所有畫圖的操作都通過render來提供，而且render對Opengl的調用是在一個單獨的線程中
      (5) Opengl的運行週期與Activity的生命週期可以協調
      下面是利用GLSurface畫3D圖形的一個典型的Sequence
      (1)  選擇EGL配置(就是你畫圖需要的buffer類型) [optional] ：
            setEGLConfigChooser(boolean)
            setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser) 
            setEGLConfigChooser(int, int, int, int, int, int)
      (2) 選擇是否需要Debug信息 [optional] :
           setDebugFlags(int)
           setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper).
      (3) 爲GLSurfaceView註冊一個畫圖的renderer ： setRenderer(GLSurfaceView.Renderer)
      (4) 設置reander mode，可以爲持續渲染或者根據命令 來渲染,默認是continuous rendering [optional]： setRenderMode(int)
      這裏有一個要注意的地方就是必須將Opengl的運行和Activity的生命週期綁定在一起，也就是說Activity pause的時候，opengl的渲染也必須pause。另外GLSurfaceView還提供了一個非常實用的線程間交互的函數 queueEvent(Runnable)，可以用在主線程和render線程之間的交互，下面就是SDK提供的範例：

     class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView {
     private MyRenderer mMyRenderer;
     public void start() {
         mMyRenderer = ...;
         setRenderer(mMyRenderer);
     }
     public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
         if (keyCode == KeyEvent.KEYCODE_DPAD_CENTER) {
             queueEvent(new Runnable() {
                 // This method will be called on the rendering
                 // thread:
                 public void run() {
                     mMyRenderer.handleDpadCenter();
                 }});
             return true;
         }
         return super.onKeyDown(keyCode, event);
      }
   }

     GLSurfaceView是Android提供的一個非常值得學習 的類，它實際上是一個如何在View中添加畫圖線程的例子，如何在Java 中使用線程的例子，如何添加事件隊列的例子，一個使用SurfaceView畫圖的經典Sequence，一個如何定義Debug信息的例子，覺得把它看懂了可以學到很多知識 ，具體的源碼在：/framworks/base/opengl/java/android/opengl/GLSurfaceView.java 。
     如何使用Opengl API的問題了，可以看看API demo中簡單的立方體，複雜的可以看看它那個魔方的實現。下面總結一下3D畫圖需要用到的包：
     Android.opengl     //主要定義了GLSurfaceView
     javax.microedition.khronos.egl   //java層的egl接口
　 javax.microedition.khronos.opengles  //opengl　API

三、圖形渲染API——EGL

      EGL 是 OpenGL ES 和底層 Native 平臺視窗系統之間的接口。主要提供如下功能：

      1、創建rendering surfaces

       Surface通俗地講就是能夠承載圖形的介質，如一張“畫紙”。只有成功申請到Surface，應用程序才能真正“作圖”到屏幕上。

       2、創造圖形環境（graphics context）        

      EGL 是爲 OpenGL ES 提供平臺獨立性而設計。OpenGL ES 本質上是一個圖形渲染管線的狀態機，而 EGL 則是用於監控這些狀態以及維護 Frame buffer 和其他渲染 Surface 的外部層。EGL 視窗設計是基於人們熟悉的用於 Microsoft Windows （ WGL ）和 UNIX （ GLX ）上的 OpenGL 的 Native 接口，與後者比較接近。OpenGL ES 圖形管線的狀態被存儲於 EGL 管理的一個 Context 中。 Frame Buffers 和其他繪製 Surfaces 通過 EGL API 創建、管理和銷燬。EGL 同時也控制和提供了對設備顯示和可能的設備渲染配置的訪問。