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学习OpenGL-ES: 1 - 像素、颜色、显存、环境初始化和EGL

由 梦想与她 提交于 2020-01-21 19:56:14

1, 前言

在前文（学习OpenGL-ES: 1 - 像素、颜色、显存、环境初始化和EGL）中提到EGL是本地平台和OpenGL ES之间的抽象层，其完成了本地相关的环境初始化和上下文控制工作，以保证OpenGL ES的平台无关性。主要包含如下工作：

a,选择显示设备

b, 选择像素格式。

c, 选择某些特性，比如如果你打算画中国水墨画，你需要额外指定宣纸和毛笔。 

d, 申请显存。 

e, 创建上下文（Context），上下文本质上是一组状态的集合，描述了在某个特定时刻系统的状态， 用于处理暂停、恢复、销毁、重建等情况；

f, 指定当前的环境为绘制环境 。

总体流程上，EGL按顺序分为若干步骤：

1, 选择显示设备display，即上述的a.

2，指定特性，包括上述的像素格式(b)和特定特性(c)，根据指定的特性来获取多个满足这些特性的config（比如你指定RGB中的R为5bits，那么可能会有RGB_565和RGB_555两种像素格式均满足此特性），用户从这些可用的configs中选择一个，根据display和config获取绘制用的buffer(一般为显存），即上述的d。

3，使用display、config、buffer来创建context，及即上述的e.

4, 使用display、buffer、context 设置当前的渲染环境，即上述的f.

本文将以Android下EGL的使用为例逐一进行讲解。

2，选择显示设备及确认EGL版本

EGL有1.0、1.1、1.2、1.3、1.4这几个版本，Android中使用的是1.4，EGL提供了查询版本的API，以下为Android中例子：

    EGL10 egl = (EGL10) EGLContext.getEGL();
    EGLDisplay display = egl.eglGetDisplay(EGL10.EGL_DEFAULT_DISPLAY); //获取显示设备
   
    // Init
    int[] version = new int[2];
    egl.eglInitialize(display, version); //version中存放EGL 版本号，int[0]为主版本号，int[1]为子版本号

    String vendor = egl.eglQueryString(display, EGL10.EGL_VENDOR);
    WLog.d("egl vendor: " + vendor); // 打印此版本EGL的实现厂商

    String version = egl.eglQueryString(display, EGL10.EGL_VERSION);
    WLog.d("egl version: " + version);// 打印EGL版本号

    String extension = egl.eglQueryString(display, EGL10.EGL_EXTENSIONS);
    WLog.d("egl extension: " + extension); //打印支持的EGL扩展

 

说明：

1，虽然Android使用（实现）的是EGL 1.4（从打印的版本号中可见）, 但在Android 4.2（API 17)以前的版本没有EGL14，只有EGL10和EGL11，而这两个版本是不支持OpengGL ES 2.x的，因此在老版本中某些ES 2.x相关的常量参数只能用手写的硬编码代替，典型的如设定EGL渲染类型API的参数EGL10.EGL_RENDERABLE_TYPE，这个属性用不同的赋值指定的不同的渲染API，包括OpenGL，OpenGL ES 1.x, OpenGL ES 2.x，OpenVG等，如果采用ES 2.0，应该设置此值为： EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT，但是在Android 4.2之前，没有EGL14接口，只能采取手写的硬编码来指定，类似： EGL_RENDERABLE_TYPE = 4;

2，egl.eglQueryString()用来查询EGL的相关信息，详见这里：http://www.khronos.org/registry/egl/sdk/docs/man/xhtml/

3，EGL10.EGL_DEFAULT_DISPLAY 默认对应手机主屏幕。

3，指定(buffer)特性，获取config

1，构造需要的特性列表

int[] attributes = new int[] { 
        EGL10.EGL_RED_SIZE, 8,  //指定RGB中的R大小（bits）
        EGL10.EGL_GREEN_SIZE, 8, //指定G大小
        EGL10.EGL_BLUE_SIZE, 8,  //指定B大小
        EGL10.EGL_ALPHA_SIZE, 8, //指定Alpha大小，以上四项实际上指定了像素格式
        EGL10.EGL_DEPTH_SIZE, 16, //指定深度缓存(Z Buffer)大小
        EGL10.EGL_RENDERABLE_TYPE, 4, //指定渲染api类别, 如上一小节描述，这里或者是硬编码的4，或者是EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT 
        EGL10.EGL_NONE };  //总是以EGL10.EGL_NONE结尾

 2， 获取所有可用的configs，每个config都是EGL系统根据特定规则选择出来的最符合特性列表要求的一组特性。

 

    EGLConfig config = null;
int[] configNum = new int[1];
    //获取满足attributes的config个数。
    egl.eglChooseConfig(display, attributes, null, 0, configNum);
    int num = configNum[0];
    if(num != 0){
        EGLConfig[] configs = new EGLConfig[num];
        //获取所有满足attributes的configs
        egl.eglChooseConfig(display, attributes, configs, num, configNum);
        config = configs[0]; //以某种规则选择一个config，这里使用了最简单的规则。      
    }

说明：

1，display和attributes都来自之前的步骤。

2，eglChooseConfig(display, attributes, configs, num, configNum); 用于获取满足attributes的所有config，参数1、2其意明显，参数3用于存放输出的configs，参数4指定最多输出多少个config，参数5由EGL系统写入，表明满足attributes的config一共有多少个。如果使用eglChooseConfig(display, attributes, null, 0, configNum)这种形式调用，则会在configNum中输出所有满足条件的config个数。

3，一般习惯是获取所有满足attributes的config个数，再据此分配存放config的数组，获取所有config，根据某种特定规则，从中选择其一。

4，API详细说明和所有可指定的attributes见这里：http://www.khronos.org/registry/egl/sdk/docs/man/xhtml/

5，打印config中的常用attributes:

  /**
   * 打印EGLConfig信息
   * 
   * @param egl
   * @param display
   * @param config
   *          : 指定的EGLConfig
   */
  public static void printEGLConfigAttribs(EGL10 egl, EGLDisplay display, EGLConfig config) {
    int value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_RED_SIZE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_RED_SIZE: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_GREEN_SIZE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_GREEN_SIZE: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_BLUE_SIZE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_BLUE_SIZE: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_ALPHA_SIZE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_ALPHA_SIZE: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_DEPTH_SIZE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_DEPTH_SIZE: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_RENDERABLE_TYPE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_RENDERABL_TYPE: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_SAMPLE_BUFFERS, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_SAMPLE_BUFFERS: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_SAMPLES, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_SAMPLES: " + value);

    value = findConfigAttrib(egl, display, config, EGL10.EGL_STENCIL_SIZE, -1);
    WLog.d("eglconfig: EGL_STENCIL_SIZE: " + value);
  }


 /**
   * 在指定EGLConfig中查找指定attrib的值，如果没有此属性，返回指定的默认值
   * 
   * @param egl
   * @param display
   * @param config
   *          : 指定的EGLConfig
   * @param attribute
   *          : 指定的attrib
   * @param defaultValue
   *          : 查找失败时返回的默认值
   * @return: 查找成功，返回查找值；查找失败，返回参数中指定的默认值
   */
  static public int findConfigAttrib(EGL10 egl, EGLDisplay display, EGLConfig config,
      int attribute, int defaultValue) {
    int[] val = new int[1];
    if (egl.eglGetConfigAttrib(display, config, attribute, val)) {
      return val[0];
    }
    return defaultValue;
  }

 

4, 获取显存

EGLSurface surface = egl.eglCreateWindowSurface(display, config, surfaceHolder, null);

 说明：

 1，详细的参数说明见这里：http://www.khronos.org/registry/egl/sdk/docs/man/xhtml/

 2，参数surfaceHolder是android.view.SurfaceHolder类型，负责对Android Surface的管理，后续将对此进行较详细说明，参看第8小节。

3，参数4用于描述WindowSurface类型，初始化方式如同前面小节的egl attributes, 其中一个attribute是EGL_RENDER_BUFFER, 用于描述渲染buffer（所有的绘制在此buffer中进行）类别，取值为EGL_SINGLE_BUFFER以及默认的EGL_BACK_BUFFER，前者属于单缓冲，绘制的同时用户即可见；后者属于双缓冲，前端缓冲用于显示，OpenGL ES 在后端缓冲中进行绘制，绘制完毕后使用eglSwapBuffers()交换前后缓冲，用户即看到在后缓冲中的内容，如此反复。其他attributes见官方文档。

5, 创建context

 int attrs[] = { 
        EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, 
        EGL10.EGL_NONE, };
 EGLContext context = egl.eglCreateContext(display, config, EGL10.EGL_NO_CONTEXT, attrs);

说明：

函数原型     EGLContext  eglCreateContext(EGLDisplay display, EGLConfig config, EGLContext share_context, int[] attrib_list);

share_context: 是否有context共享，共享的contxt之间亦共享所有数据。EGL_NO_CONTEXT代表不共享。

attrib_list: 目前可用属性只有EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 1代表OpenGL ES 1.x, 2代表2.0。同样在Android4.2之前，没有EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION这个属性，只能使用硬编码0x3098代替。

函数详细描述：http://www.khronos.org/registry/egl/sdk/docs/man/xhtml/

6, 设置为当前的渲染环境

egl.eglMakeCurrent(display, surface, surface, contxt);

比较简单，不做赘述，详细描述：http://www.khronos.org/registry/egl/sdk/docs/man/xhtml/

7，环境初始化完毕，开始使用OpenGL ES 2.0 API 进行绘制。

// 开始使用OpenGL ES 2.0 API 进行绘制。
GLES20.glClearColor(0, 0, 0, 1);
GLES20.clear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

8,关于SurfaceHolder

一般在Android中使用OpenGL ES，总是会从GLSurfaceView和Renderer开始，但是由上面描述的过程可知，只需要提供一个合适的SurfaceHolder，就可以完成整个环境初始化，并进行绘制。GLSurfaceView和Renderer事实上只是在本文描述的基础上封装了一些便利的功能，便于开发者开发，比如渲染同步、状态控制、主（渲染）循环等。那么，如何提供一个SurfaceHolder，具体的Surface分配过程又是怎样的呢，这涉及到Android窗口机制，属于比较大的话题，将在下一节进行描述。

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