android openGL ES2 一切从绘制纹理开始

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纹理，在openGL中，可以理解为加载到显卡显存中的图片。Android设备在2.2开始支持openGL ES2.0，从前都是ES1.0 和 ES1.1的版本。简单来说，openGL ES是为了嵌入设备进行功能剪裁后的openGL版本。ES2.0是和1.x版本不兼容的，区别和兼容性参见android 官方文档。

首先，android使用openGL提供了特殊的view作为基础叫做GLSurfaceView。我们的view需要继承GLSurfaceView。如下简单示例：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 public class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView { public MyGLSurfaceView(Context context) { super (context); setFocusableInTouchMode( true ); // Tell the surface view we want to create an OpenGL ES 2.0-compatible // context, and set an OpenGL ES 2.0-compatible renderer. this .setEGLContextClientVersion( 2 ); this .setRenderer( new MyRenderer()); } }

并没有什么特别之处，android view的渲染操作需要实现一个render接口，GLSurfaceView的渲染接口为android.opengl.GLSurfaceView.Renderer。我们需要实现接口的方法。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 public class MyRenderer implements Renderer { public void onDrawFrame(GL10 gl) {} public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {} public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {} }

接口实现3个方法，对应绘制，绘制区域变化，区域创建。需要说明的是参数GL10 gl是openGL es1.x版本的对象。这里我们不会使用到。还有一点就是，onDrawFrame方法的调用是有系统调用的，不需要手动调用。系统会以一定的频率不断的回调。

接下来我们进入ES2.0的使用，先上代码：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) { GLES20.glEnable(GLES20.GL_TEXTURE_2D); // Active the texture unit 0 GLES20.glActiveTexture(GLES20.GL_TEXTURE0); loadVertex(); initShader(); loadTexture(); }

绘制区域创建的时候，我们设置了启用2D的纹理，并且激活了纹理单元unit0。什么意思呢，说起来话长，以后慢慢说。简单说一下，记住openGL是基于状态的，就是很多状态的设置和切换，这里启用GL_TEXTURE_2D就是一个状态的开启，表明openGL可以使用2D纹理。

那神马是激活纹理单元，这个和硬件有点关系，openGL要显卡会划分存储纹理的存储区域不止一个区域。这里是使用区域 unit 0，多重纹理绘制可以开启多个，这个以后说。接下来，调用了三个函数，载入顶点，初始化着色器，载入纹理。

第一，载入顶点，openGL绘制图形是根据顶点以后链接起来的。为什么要这样，其实这样很强大是一种设计吧。顶点可以暂时简单理解为含有位置信息的坐标点。展开代码如下：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 private void loadVertex() { // float size = 4 this .vertex = ByteBuffer.allocateDirect(quadVertex.length * 4 ) .order(ByteOrder.nativeOrder()) .asFloatBuffer(); this .vertex.put(quadVertex).position( 0 ); // short size = 2 this .index = ByteBuffer.allocateDirect(quadIndex.length * 2 ) .order(ByteOrder.nativeOrder()) .asShortBuffer(); this .index.put(quadIndex).position( 0 ); } private FloatBuffer vertex; private ShortBuffer index; private float [] quadVertex = new float [] { - 0 .5f, 0 .5f, 0 .0f, // Position 0 0 , 1 .0f, // TexCoord 0 - 0 .5f, - 0 .5f, 0 .0f, // Position 1 0 , 0 , // TexCoord 1 0 .5f , - 0 .5f, 0 .0f, // Position 2 1 .0f, 0 , // TexCoord 2 0 .5f, 0 .5f, 0 .0f, // Position 3 1 .0f, 1 .0f, // TexCoord 3 }; private short [] quadIndex = new short [] { ( short )( 0 ), // Position 0 ( short )( 1 ), // Position 1 ( short )( 2 ), // Position 2 ( short )( 2 ), // Position 2 ( short )( 3 ), // Position 3 ( short )( 0 ), // Position 0 };

FloatBuffer，ShortBuffer是封装了本地数据结构的封装对象。是的，这个2个对象里面的数据不被java虚拟机管理，相当于C语言的存储方式。具体的介绍可以参看这里(想了解的猛击)。 quadVertex的数据就是一个矩形的坐标，和纹理坐标。一两句话很难解释清楚，这里涉及到openGL的几个经典的坐标系，下次说。概括的说，openGL的坐标是单位化的，都是0.0-1.0的浮点型，屏幕的中心点是(0,0)。而纹理的坐标左下角是(0,0)。这里的quadVertex是在屏幕中大概花了一个矩形贴了一个图片， position0 是左上点，以后左下，右下，右上的顺序，纹理坐标同理。

quadIndx神马意思呢，就是这刚才的这些顶点索引排列。这里一个矩形也就4个顶点，每个顶点3个位置坐标，2个纹理坐标。也就是说一个顶点有5个float数据。至于为什么顶点为什么这么排列下次说，是2个三角形合成了一个矩形，几句话很难解释清楚。

所以说，这段代码就是把矩形的位置和纹理坐标，存储到本地数据，准备后面使用而已。

第二，初始化着色器。这个着色器就是ES2.0的特色，又叫可编程着色器，也是区别于ES1.x的本质。这里只做简单的介绍。可编程着色器是一种脚本，语法类似C语言，脚本分为顶点着色器和片段着色器，分别对应了openGL不同的渲染流程。如下：

顶点着色器：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 uniform mat4 u_MVPMatrix; attribute vec4 a_position; attribute vec2 a_texCoord; varying vec2 v_texCoord; void main() { gl_Position = a_position; v_texCoord = a_texCoord; }

片段着色器：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 precision lowp float; varying vec2 v_texCoord; uniform sampler2D u_samplerTexture; void main() { gl_FragColor = texture2D(u_samplerTexture, v_texCoord); }

这里记住一句话，顶点着色器，会在顶点上执行；片段着色器会在像素点上执行。刚才的矩形就有4个顶点，每个顶点都会应用这个脚本。也就是说，顶点是位置相关信息，片段是色彩纹理相关信息。

这个2段脚本都是文本，需要编译，链接，等等一些操作才能被ES2.0所使用。过程就像C语言的编译运行过程。openGL 提供了相关函数去做这些事情。如下：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 private void initShader() { String vertexSource = Tools.readFromAssets( "VertexShader.glsl" ); String fragmentSource = Tools.readFromAssets( "FragmentShader.glsl" ); // Load the shaders and get a linked program program = GLHelper.loadProgram(vertexSource, fragmentSource); // Get the attribute locations attribPosition = GLES20.glGetAttribLocation(program, "a_position" ); attribTexCoord = GLES20.glGetAttribLocation(program, "a_texCoord" ); uniformTexture = GLES20.glGetUniformLocation(program, "u_samplerTexture" ); GLES20.glUseProgram(program); GLES20.glEnableVertexAttribArray(attribPosition); GLES20.glEnableVertexAttribArray(attribTexCoord); // Set the sampler to texture unit 0 GLES20.glUniform1i(uniformTexture, 0 ); }

可以看到，顶点和片段一起构成一个program，它可以被openGL所使用，是一个编译好的脚本程序，存储在显存。 GLES20.glGetAttribLocation 和 GLES20.glGetUniformLocation 这句话是神马作用呢。简单说就是，java程序和着色器脚本数据通信的。把就像参数的传递一样，这样脚本就能根据外界的参数变化，实时的改变openGL流水线渲染的处理流程。

以下是我封装的载入着色器的辅助方法：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 public static int loadProgram(String vertexSource, String fragmentSource) { // Load the vertex shaders int vertexShader = GLHelper.loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexSource); // Load the fragment shaders int fragmentShader = GLHelper.loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentSource); // Create the program object int program = GLES20.glCreateProgram(); if (program == 0 ) { throw new RuntimeException( "Error create program." ); } GLES20.glAttachShader(program, vertexShader); GLES20.glAttachShader(program, fragmentShader); // Link the program GLES20.glLinkProgram(program); int [] linked = new int [ 1 ]; // Check the link status GLES20.glGetProgramiv(program, GLES20.GL_LINK_STATUS, linked, 0 ); if (linked[ 0 ] == 0 ) { GLES20.glDeleteProgram(program); throw new RuntimeException( "Error linking program: " + GLES20.glGetProgramInfoLog(program)); } // Free up no longer needed shader resources GLES20.glDeleteShader(vertexShader); GLES20.glDeleteShader(fragmentShader); return program; }

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 public static int loadShader( int shaderType, String source) { // Create the shader object int shader = GLES20.glCreateShader(shaderType); if (shader == 0 ) { throw new RuntimeException( "Error create shader." ); } int [] compiled = new int [ 1 ]; // Load the shader source GLES20.glShaderSource(shader, source); // Compile the shader GLES20.glCompileShader(shader); // Check the compile status GLES20.glGetShaderiv(shader, GLES20.GL_COMPILE_STATUS, compiled, 0 ); if (compiled[ 0 ] == 0 ) { GLES20.glDeleteShader(shader); throw new RuntimeException( "Error compile shader: " + GLES20.glGetShaderInfoLog(shader)); } return shader; }

为什么openGL的很多操作目标都是int类型的，因为openGL只会在显存生成或绑定地址，返回id，以后用id相当于句柄去改变它的内部状态。

第三，就是载入纹理了。载入纹理，就是把图片的数据上传到显存，以后在使用它。请注意纹理图片的长和宽最好是2的N次方，不然不一定能绘制出来。

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 static int [] loadTexture(String path) { int [] textureId = new int [ 1 ]; // Generate a texture object GLES20.glGenTextures( 1 , textureId, 0 ); int [] result = null ; if (textureId[ 0 ] != 0 ) { InputStream is = Tools.readFromAsserts(path); Bitmap bitmap; try { bitmap = BitmapFactory.decodeStream(is); } finally { try { is.close(); } catch (IOException e) { throw new RuntimeException( "Error loading Bitmap." ); } } result = new int [ 3 ]; result[TEXTURE_ID] = textureId[ 0 ]; // TEXTURE_ID result[TEXTURE_WIDTH] = bitmap.getWidth(); // TEXTURE_WIDTH result[TEXTURE_HEIGHT] = bitmap.getHeight(); // TEXTURE_HEIGHT // Bind to the texture in OpenGL GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, textureId[ 0 ]); // Set filtering GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES20.GL_LINEAR); GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_NEAREST); GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE); GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE); // Load the bitmap into the bound texture. GLUtils.texImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0 , bitmap, 0 ); // Recycle the bitmap, since its data has been loaded into OpenGL. bitmap.recycle(); } else { throw new RuntimeException( "Error loading texture." ); } return result; }

代码一目了然，这里使用了android的工具类吧bitmap直接转换成openGL纹理需要的格式了。过程是，先生成一个纹理的id在显卡上的，以后根据id上传纹理数据，以后保存这个id就可以操作这个纹理了。至于纹理的一些过滤特性设置，下次再说。

现在貌似就剩下绘制了，准备好了顶点信息，顶点对应的纹理坐标。初始化了着色器，上传了纹理图片。接下来就已把他们合起来绘制了。

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 public void onDrawFrame(GL10 gl) { // clear screen to black GLES20.glClearColor( 0 .0f, 0 .0f, 0 .0f, 0 .0f); GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT); GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, textureId); vertex.position( 0 ); // load the position // 3(x , y , z) // (2 + 3 )* 4 (float size) = 20 GLES20.glVertexAttribPointer(attribPosition, 3 , GLES20.GL_FLOAT, false , 20 , vertex); vertex.position( 3 ); // load the texture coordinate GLES20.glVertexAttribPointer(attribTexCoord, 2 , GLES20.GL_FLOAT, false , 20 , vertex); GLES20.glDrawElements(GLES20.GL_TRIANGLES, 6 , GLES20.GL_UNSIGNED_SHORT, index); }

我尽力保持了代码的简单，openGL的基于状态体现，bind这个函数无处不在，这里bindTexture就是通知openGL使用那个id的纹理图片。接下来的操作就是针对bind的图片的。绘制就需要让openGL知道绘制神马。所以这里需要用到vertex这个本地数据容器，里面装在的是顶点和纹理坐标信息。 GLES20.glVertexAttribPointer就是把顶点数据，按照openGL喜欢的格式上传到显卡存储。draw方法的调用，是在前面应用了纹理id的情况下，所以绘制纹理坐标的时候，会使用上传的纹理图片。

是的，每次都需要把数据上传到openGL，毕竟显存和内存不是同一个地方，openGL采用了客户端-服务端的设计模式。当然使用VBO等技术可以把数据缓存在显存，提高运行性能。这个以后再说吧。

这是运行截图，可以看到纹理是反的，这是我故意的设置。android中如果顶点坐标和纹理坐标一致，那么图片绘制出来就是反过来的。因为绘制是屏幕坐标系，和openGL坐标系的Y是反过来的。openGL几个坐标系，和屏幕坐标系的关系以后再说。

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