OpenGL ES 绘制一个三角形(2)
简述
本节我们基于Android系统，使用OpenGL ES来实现绘制一个三角形。在OpenGL ES里，三角形是一个基础图形，其他的图形都可以使用三角形拼接而成，所以我们就的案例就基于这个开始。
在Android系统中，提供给上层应用的View都是通过Canvas的接口来绘制，虽然底层最终也是通过OpenGL ES来实现的，但是由于上层被封装了，我们无法通过这个来实现我们想要实现的demo，我们需要使用GLSurfaceView来实现。
GLSurfaceView继承自SurfaceView，我们知道SurfaceView和一般的View不同，会有自己的Surface，而GLSurfaceView则在SurfaceView的基础上，会初始化EGL的上下文环境。其实我们直接使用SurfaceView也是可以使用OpenGL ES的，只不过GLSurfaceView给我们提供了一些生命周期管理的辅助，在大多数场景使用起来更加方便。
GLSurfaceView提供的是EGL环境，我们想要绘制一个三角形所需要做的事如下：
- 创建一个GLSurfaceView
- 配置EGL（其实GLSurfaceView帮助我们做了大多数的事）
- 使用OpenGL ES接口绘制图像
- 配置顶点缓冲区
- 实现顶点着色器和片段着色器
- 调用drawCall
- 交换缓冲区呈现图像
本节主要是实现demo，对OpenGL渲染大体流程有个感知，一些api的细节可以不需要关注，后续会对每个点会有更详细的介绍。
绘制一个三角形
配置OpenGL ES
在AndroidManifeast.xml里配置
主要就是配置一条
其中glEsVersion是版，我们这里用OpenGL ES 3.0来写demo。
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools">
<uses-feature android:glEsVersion="0x00030000" android:required="true"/>
<application>
// ...
</activity>
</application>
自定义GLSurfaceView
GLSurfaceView通过setRenderer暴露一个Renderer，Renderer有三个接口onSurfaceCreated/onSurfaceChanged/onDrawFrame。
GLSurfaceView处理了EGL环境相关的逻辑，onDrawFrame则会控制VSync，在需要渲染的时候调用。
onSurfaceChanged是Surface变化的情况下会调用，而onSurfaceCreated则是Surface创建时回调，onDrawFrame和我们自定义View时候的onDraw有一些类似。
public class DemoGLSurfaceView extends GLSurfaceView {
public DemoGLSurfaceView(Context context) {
super(context);
init();
}
public DemoGLSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
super(context, attrs);
init();
}
public void init() {
// 设置版本
setEGLContextClientVersion(3);
Renderer renderer = new Renderer() {
@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
// ...
}
@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
// 设定视口，类似相机，相机移动则渲染的图像相对位置变化。
GLES30.glViewport(0, 0, width, height);
}
@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
// ...
}
};
setRenderer(renderer);
}
}
配置顶点缓冲区数据
由于我们只是要画一个固定的三角形，顶点缓冲区里的数据都是固定的，所以我们在onSurfaceCreated填充，只需要一次即可。
glGenBuffers是创建一个顶点缓冲区Buffer，第二个参数是一个int数组，创建的顶点缓冲区id会通过这个数组返回，后续使用这个id来使用这个buffer。
我们需要先调用glBindBuffer绑定buffer，然后再通过glBufferData将数据传到缓冲区中。
GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, 0)则是用来清除Buffer的绑定操作的，OpenGL的接口设计像是一个状态机，bind上一个Buffer才能对这个Buffer进行操作，如果需要操作其他Buffer则需要bind其他Buffer。
vertexArray有三个节点，是三个顶点的x,y,z坐标。OpenGL的坐标系是x,y,z都是(-1,1)。
private float[] vertexArray = new float[] {
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.0f, 0.5f, 0.0f
};
@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
// 清除背景颜色
GLES30.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
// 创建顶点缓冲区
int[] idBuffer = new int[1];
GLES30.glGenBuffers(1, idBuffer, 0);
vertexBufferId = idBuffer[0];
// 将数据转化成ByteBuffer
FloatBuffer vertexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertexArray.length * 4).order(ByteOrder.nativeOrder()).asFloatBuffer();
vertexBuffer.put(vertexArray);
vertexBuffer.position(0);
GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferId);
// 顶点缓冲区数据填充
GLES30.glBufferData(
GLES30.GL_ARRAY_BUFFER,
vertexArray.length * 4,
vertexBuffer,
GLES30.GL_STATIC_DRAW
);
GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
// 初始化shader
shaderProgramId = initShaderProgram(vertexShaderCode, fragmentShaderCode);
}
配置着色器
着色器是一段给GPU执行的程序，所以其实就是一段代码，我们需要调用对应接口来编译链接。
GLES30.glCreateShader创建一个Shader，参数表示着色器的类型，GL_VERTEX_SHADER为顶点着色器，GL_FRAGMENT_SHADER为片段着色器。
vertexShaderCode字符串是我们配置的顶点着色器，gl_Position是出参，这里是直接做了透传。
fragmentShaderCode是片段着色器，gl_FragColor是出参，是颜色，而uniform vec4 vColor是统一变量，我们设置统一变量直接作为片段着色器的出参。
通过api编译连接后，我们会将它关联到一个Program上，initShaderProgram返回到就是program到id。
private final String vertexShaderCode =
"attribute vec4 vPosition;" +
"void main() {" +
" gl_Position = vPosition;" +
"}";
private final String fragmentShaderCode =
"precision mediump float;" +
"uniform vec4 vColor;" +
"void main() {" +
" gl_FragColor = vColor;" +
"}";
private int initShaderProgram(String vertexShaderCode, String fragmentShaderCode) {
// 编译顶点着色器
int vertexShader = GLES30.glCreateShader(GLES30.GL_VERTEX_SHADER);
GLES30.glShaderSource(vertexShader, vertexShaderCode);
GLES30.glCompileShader(vertexShader);
// 编译片段着色器
int fragmentShader = GLES30.glCreateShader(GLES30.GL_FRAGMENT_SHADER);
GLES30.glShaderSource(fragmentShader, fragmentShaderCode);
GLES30.glCompileShader(fragmentShader);
// 链接着色器
int program = GLES30.glCreateProgram();
GLES30.glAttachShader(program, vertexShader);
GLES30.glAttachShader(program, fragmentShader);
GLES30.glLinkProgram(program);
return program;
}
@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
// ...
// 使用编译好的着色器
GLES30.glUseProgram(shaderProgramId);
// ...
}
配置顶点布局/渲染
首先我们需要调用glClear清空屏幕，glUseProgram配置着色器程序，glBindBuffer绑定之前填充的Buffer。
属性需要通过glEnableVertexAttribArray使能才可使用，我们这里需要使能vPosition属性。
后续会使用glVertexAttribPointer告诉GPU顶点缓冲区布局情况，顶点缓冲区本质就是一段内存，不过没有glVertexAttribPointer，GPU并不知道怎么使用这个数据。
后面配置vColor作为颜色，(1,1,1,1)分别为RGBA，白色。
最后调用glDrawArrays来渲染三角形。
@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
// 清除屏幕
GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// 使能着色器程序
GLES30.glUseProgram(shaderProgramId);
// 绑定Buffer
GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferId);
// 获取vPosition属性
int positionLocation = GLES30.glGetAttribLocation(shaderProgramId, "vPosition");
// 属性需要使能才可使用
GLES30.glEnableVertexAttribArray(positionLocation);
// 告诉GPU顶点缓冲区的布局情况，即那些数据的意义是什么。
// 这是CPU向GPU传数据的一种方式，我们这里是告诉GPU，我们前面bind的顶点缓冲区是什么数据。
// 第一个参数是attr的id，第二个参数表示每一个顶点有几个数，第三个参数为数据类型，第四个是参数是否需要归一化
// 第五个参数是步长，表示每个顶点占用了多少字节，0表示顶点都是紧凑的，GPU会通过计算来计算步长，最后一个参数表示offset。
GLES30.glVertexAttribPointer(positionLocation, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, 0);
// 配置统一变量，用于CPU和GPU通信的
int colorLocation = GLES30.glGetUniformLocation(shaderProgramId, "vColor");
GLES30.glUniform4f(colorLocation, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
// 调用DrawCall绘制三角形
GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLES, 0, 3);
// 清除配置
GLES30.glDisableVertexAttribArray(positionLocation);
GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
GLES30.glUseProgram(0);
}
效果
三角形之所以不是正三角形是因为屏幕是长方形的。
小结
本节通过OpenGL ES实现了一个三角形的渲染，对于每个接口使用只做了一个简单的介绍，想必首次学习OpenGL的同学会有很多疑问，比如怎么渲染多个目标，怎么实现渐变颜色等，我们的后续会对每一个点做更细节的学习，这一节主要是了解一下OpenGL的总体渲染流程，大概知道OpenGL接口是怎么工作的即可，后续的介绍也会基于本章的demo。