『OpenGL学习』从零打造 Android 滤镜相机

12天系统学习计划 | 理论 + 实践 | 完整开源项目

Github: OpenGLTest

写在前面

最近在接触 OpenGL 相关的内容，想记录学习的过程，加深对 OpenGL 的理解，所以才有这篇文章。

在短视频和直播盛行的今天，美颜相机、实时滤镜、视频特效已经成为移动应用的标配功能。从抖音的美颜滤镜，到 FaceU 的趣味贴纸，再到各种视频编辑 App 的转场特效，这些炫酷功能的背后都离不开一项核心技术------OpenGL ES。

但对于很多 Android 开发者来说，OpenGL ES 就像一座高山，看起来高不可攀。矩阵变换、着色器、纹理映射......这些陌生的概念让人望而却步。市面上的教程要么过于理论化，要么碎片化严重，很难形成完整的知识体系。

于是，我决定用 12 天时间，系统地学习 OpenGL ES，并将整个学习过程记录下来。

这不是一份简单的 API 文档翻译，也不是纯粹的理论教学。这是一次从零到一的实战之旅，我会带你一步步打造一个真正能用的滤镜相机应用。

项目背景

为什么学习 OpenGL ES？

移动端图形渲染的基石
- Android 系统的图形渲染底层就是基于 OpenGL ES
- 无论是游戏开发还是音视频处理，都需要掌握这项技术
音视频领域的必备技能
- 实时滤镜、美颜算法、视频特效
- 短视频 SDK、直播美颜、视频编辑
性能优化的终极武器
- GPU 加速，充分利用硬件性能
- 相比 CPU 处理，速度提升 10 倍以上
职业发展的加分项
- 音视频开发工程师的核心竞争力
- 大厂面试的高频考点

为什么选择滤镜相机作为项目？

滤镜相机是一个复杂度适中、实用性强的项目，涵盖了 OpenGL ES 的核心知识点：

✅ 基础渲染（三角形、纹理、变换）
✅ 高级技术（FBO、多重纹理、混合模式）
✅ 相机集成（CameraX + OpenGL）
✅ 实时滤镜（色彩调整、风格化效果）

更重要的是，这是一个能看到效果、能实际使用的项目，学习过程充满成就感。

学习目标

通过这 12 天的学习，将掌握：

🔧 技术能力

OpenGL ES 核心概念
- 渲染管线、顶点着色器、片段着色器
- 纹理映射、矩阵变换、坐标系统
GLSL 着色器编程
- 熟练编写 Vertex Shader 和 Fragment Shader
- 实现各种视觉效果（滤镜、变形、混合）
Android OpenGL 开发
- GLSurfaceView、EGL、SurfaceTexture
- CameraX 与 OpenGL 集成

项目成果

🎥 完整的滤镜相机 App
📸 支持拍照和保存
🎨 **多种实时滤镜效果

技术栈

类别	技术
编程语言	Kotlin
图形 API	OpenGL ES 2.0
着色语言	GLSL ES 1.0
相机框架	CameraX 1.5.1
开发环境	Android Studio
最低系统	Android 5.0 (API 21)

12 天学习路线

阶段一：OpenGL 基础（Day 01-07）

Day 01: OpenGL ES 入门

OpenGL ES 渲染管线
第一个三角形
着色器程序创建

Day 02: 顶点与片段着色器

GLSL 语法基础
Vertex Shader 详解
Fragment Shader 详解

Day 03: 矩阵变换

模型矩阵、视图矩阵、投影矩阵
MVP 矩阵应用
物体旋转、缩放、平移

Day 04: 纹理映射

纹理坐标系统
图片纹理加载
纹理过滤与环绕模式

Day 05: EGL 与 GLSurfaceView

EGL 上下文管理
GLSurfaceView 生命周期
渲染线程模型

Day 06: FBO 离屏渲染

Frame Buffer Object 原理
渲染到纹理
多 Pass 渲染

Day 07: VBO 顶点缓冲对象

VBO 优化顶点数据
性能对比与分析

Day 08: 多重纹理与混合

多纹理单元
6 种混合模式
Alpha 通道处理

📍 阶段二：CameraX 集成（Day 09-10）

Day 09: CameraX 基础集成

CameraX API 详解
相机预览实现
拍照与保存

Day 10: 相机预览与 OpenGL 结合

SurfaceTexture 桥接
OES 外部纹理
实时相机渲染

阶段三：滤镜效果（Day 11-12）

Day 11: 实时滤镜效果

7 种滤镜算法
灰度、复古、暖色调、冷色调
黑白、反色、褐色滤镜

Day 12: LUT 专业滤镜

3D LUT 原理
19 种专业调色滤镜
滤镜强度控制

适合人群

Android 开发者

有一定的 Android 基础
希望掌握 OpenGL ES

项目结构

bash 复制代码

OpenGLTest/
├── docs/                    # 学习文档
│   ├── day01/              # Day 1: OpenGL ES 入门
...
├── app/src/main/
│   ├── java/com/example/openglstudy/
│   │   ├── MainActivity.kt         # 主页
│   │   ├── day01-day012/           # 各天的代码实现
│   │   ├── utils/                 # 工具类
│   │   └── base/                  # 基类
│   └── res/
│       ├── layout/                # 布局文件
│       └── drawable/              # 图片资源
├── LEARNING_PLAN.md        # 12 天学习计划
├── LEARNING_PROGRESS.md    # 打卡进度

如何使用本项目

1. 克隆项目

bash 复制代码

git clone https://github.com/xiaweizi/OpenGLTest.git
cd OpenGLTest

2. 导入 Android Studio

打开 Android Studio
File → Open → 选择项目目录
等待 Gradle 同步完成

3. 运行项目

连接 Android 设备或启动模拟器
点击 Run 按钮（或 Shift + F10）
在主界面选择对应的 Day 进入学习

4. 阅读教程

每个 Day 都有对应的文档：

docs/dayXX/README.md - 详细教程
docs/dayXX/EXAMPLE.md - 示例代码

建议边阅读教程边运行代码，理论与实践相结合。

最后的话

学习 OpenGL ES 的过程可能会有挫折，可能会遇到很多"看不懂"的概念，也可能会被各种矩阵变换搞得头晕。

但请相信我，这一切都是值得的。

当你第一次看到自己写的着色器让画面动起来，第一次实现实时美颜效果，第一次做出酷炫的滤镜......那种成就感是无法用语言形容的。

这不仅仅是学习一门技术，更是一次探索之旅。

我们将一起：

探索 GPU 的神奇世界
理解图形渲染的奥秘
实现令人惊叹的视觉效果
打造一个真正能用的产品

『OpenGL学习』 从零打造 Android 滤镜相机