一、OpenGL ES
OpenGL(全写Open Graphics Library)是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规范,它用于生成二维、三维图像。这个接口由近三百五十个不同的函数调用组成,用来从简单的图元绘制复杂的三维景象。它本身只是协议规范,而不是软件源码库。主要用于pc和工作站。
OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是一个针对嵌入式应用的,免费的,支持全功能2D、3D的跨平台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向量图形函数库使用了Google在05年收购的一家公司提供的引擎叫skia。
二、Android的图形系统
Android apk 里面的画图分为2D和3D两种:2D是由Skia 来实现的,Skia 也会调用部分opengl 的内容来实现简单的3D效果;3D部分是由OpenGL|ES实现的,OpenGL|ES是OpenGL的嵌入式版本。先了解一下Android apk的几种画图方式,然后再来来看一看这一整套的图形体系是怎么建立的。
首先画图都是针对提供给应用程序的一块内存填充数据 , 因此说穿了就是要么调用2D 的API画图,要么调用3D的API画图,然后将画下来的图保存在这个内存中,最后这个内存里面的内容会被Opengl渲染以后变为可以在屏幕上的像素信 息。
Apk应用主要关心的还是这些API的使用,在Android apk里面2D画图有2种方式 :
1、Simple Graphics in View
就是直接使用Android已经实现的一些画图操作,比如说images,shapes,colors,pre-defined animation等等,这些简单的画图操作实际上是由skia来提供的2D图形操作。使用这些预定义好的操作,可以实现诸如贴一张背景图,画出简单形状,实现一些简单的动画之类的操作。这里的简单可以这么理解,就是我们在这里没有一笔一画地构造出一个图形出来,我们只是把我们的Graphic 资源放入View体系中,由系统 来将这些Graphic画出来。举个例子:我们现在在Activity里面绑定一个ImageView,我们可以设置这
个ImageView的内容是我们的picture,然后我们可以让这个picture整体颜色上来点蓝色调,然后我们还可以为这个ImageView加 入一个预定义动画,这样当系统要显示这个View的时候就会显示我们的picture,并且会有动画,并带有一个蓝色调,我们并没有自己去定义画图操作, 而是将这些内容放入View中,由系统来将这些内容画出来。这种方式只能画静态或者极为简单的2D图画,对于实时性很强的动画,高品质的游戏都是没法实现的。
2、Canvas
Canvas是一个2D的概念,是在Skia中定义的。可以把这个Canvas理解成系统提供给我们的一块内存区域(但实际上它只是一套画图的API,真正的内存是下面的Bitmap),而且它还提供了一整套对这个内存区域进行操作的方法, 所有的这些操作都是画图API。也就是说在这种方式下我们已经能一笔一划或者使用Graphic来画我们所需要的东西了,要画什么要显示什么都由我们自己控制。这种方式根据环境还分为两种:一种就是使用普通View的canvas画图,还有一种就是使用专门的SurfaceView的canvas来画图。
两种的主要是区别就是可以在SurfaceView中定义一个专门的线程来完成画图工作,应用程序不需要等待View的刷图,提高性能。前面一种适合处理量比较小,帧率比较小的动画,比如说象棋游戏之类的;而后一种主要用在游戏,高品质动画方面的画图。下面是这两种方式的典型sequence :
2.1、View canvas
(1) 定义一个自己的View :class your_view extends View{} ;
(2) 重载View的onDraw方法:protected void onDraw(Canvas canvas){} ;
(3) 在onDraw方法中定义你自己的画图操作 ;
2.2、Surface View Canvas
(1) 定义一个自己的SurfaceView : class your_surfaceview extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback() {} ;
(2) 实现SurfaceHolder.Callback的3个方法surfaceCreated() surfaceChanged() surfaceDestroyed() ;
(3) 定义自己的专注于画图的线程 : class your_thread extends Thread() {} ;
(4) 重载线程的run()函数 [一般在run中定义画图操作,在surfaceCreated中启动这个线程]
(5) 画图的过程一般是这样的:
SurfaceHolder surfaceHolder = getHolder() ; //取得holder,这个holder主要是对surface操作的适配,用户不具备对surface操作的权限
surfaceHolder.addCallback(this) ; //注册实现好的callback
Canvas canvas = surfaceHolder.lockCanvas() ; //取得画图的Canvas
/*---------------------------------画图
*-------------------------------- 画图结束/
surfaceHolder.unlockCanvasAndPost() ; //提交并显示
以下是2D画图用到的包 :
android.view //画图是在View中进行的
android.view.animation //定义了一些简单的动画效果Tween Animation 和 Frame. Animation
android.graphics //定义了画图比较通用的API,比如canvas,paint,bitmap等
android.graphics.drawable //定义了相应的Drawable(可画的东西),比如说BitmapDrawable,PictureDrawable等
android.graphics.drawable.shapes //定义了一些shape
3D画图SDK上讲得很简单,只是提了一个通用的方式,就是继承一个View,然后在这个View里面获得 Opengl的句柄进行画图,道理应该来说是和2D一样的,差别就是一个是使用2D的API画图,一个是使用3D的。不过因为3D openGl|ES具有一套本身的运行机制,比如渲染的过程控制等,因此Android提供了一个专门的用在3D画图上的
GLSurfaceView。这个类被放在一个单独的包android.opengl里面,其中实现了其他View所不具备的操作:
(1) 具有OpenGL|ES调用过程中的错误跟踪,检查工具,这样就方便了Opengl编程过程的debug ;
(2) 所有的画图是在一个专门的Surface上进行,这个Surface可以最后被组合到android的View体系中 ;
(3) 它可以根据EGL的配置来选择自己的buffer类型,比如RGB565,depth=16 (这里有点疑问,SurfaceHolder的类型是SURFACE_TYPE_GPU,内存就是从EGL分配过来的?)
(4) 所有画图的操作都通过render来提供,而且render对Opengl的调用是在一个单独的线程中
(5) Opengl的运行周期与Activity的生命周期可以协调
下面是利用GLSurface画3D图形的一个典型的Sequence
(1) 选择EGL配置(就是你画图需要的buffer类型) [optional] :
setEGLConfigChooser(boolean)
setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser)
setEGLConfigChooser(int, int, int, int, int, int)
(2) 选择是否需要Debug信息 [optional] :
setDebugFlags(int)
setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper).
(3) 为GLSurfaceView注册一个画图的renderer : setRenderer(GLSurfaceView.Renderer)
(4) 设置reander mode,可以为持续渲染或者根据命令 来渲染,默认是continuous rendering [optional]: setRenderMode(int)
这里有一个要注意的地方就是必须将Opengl的运行和Activity的生命周期绑定在一起,也就是说Activity pause的时候,opengl的渲染也必须pause。另外GLSurfaceView还提供了一个非常实用的线程间交互的函数 queueEvent(Runnable),可以用在主线程和render线程之间的交互,下面就是SDK提供的范例:
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提供的一个非常值得学习 的类,它实际上是一个如何在View中添加画图线程的例子,如何在Java 中使用线程的例子,如何添加事件队列的例子,一个使用SurfaceView画图的经典Sequence,一个如何定义Debug信息的例子,觉得把它看懂了可以学到很多知识 ,具体的源码在:/framworks/base/opengl/java/android/opengl/GLSurfaceView.java 。
如何使用Opengl API的问题了,可以看看API demo中简单的立方体,复杂的可以看看它那个魔方的实现。下面总结一下3D画图需要用到的包:
Android.opengl //主要定义了GLSurfaceView
javax.microedition.khronos.egl //java层的egl接口
javax.microedition.khronos.opengles //opengl API
三、图形渲染API——EGL EGL 是 OpenGL ES 和底层 Native 平台视窗系统之间的接口。主要提供如下功能: 1、创建rendering surfaces Surface通俗地讲就是能够承载图形的介质,如一张“画纸”。只有成功申请到Surface,应用程序才能真正“作图”到屏幕上。 2、创造图形环境(graphics context) EGL 是为 OpenGL ES 提供平台独立性而设计。OpenGL ES 本质上是一个图形渲染管线的状态机,而 EGL 则是用于监控这些状态以及维护 Frame buffer 和其他渲染 Surface 的外部层。EGL 视窗设计是基于人们熟悉的用于 Microsoft Windows ( WGL )和 UNIX ( GLX )上的 OpenGL 的 Native 接口,与后者比较接近。OpenGL ES 图形管线的状态被存储于 EGL 管理的一个 Context 中。 Frame Buffers 和其他绘制 Surfaces 通过 EGL API 创建、管理和销毁。EGL 同时也控制和提供了对设备显示和可能的设备渲染配置的访问。