Android OpenGLES开发：EGL环境搭建

努力，不是为了要感动谁，也不是要做给哪个人看，而是要让自己随时有能力跳出自己厌恶的圈子，并拥有选择的权利，用自己喜欢的方式过一生！

EGL是什么？

谈到openGL开发我们就不得不说EGL，那EGL是什么呢？请看下图

官方听不懂解释

EGL(Embedded Graphic Library)是渲染API（如OpenGL ES）和本地窗口系统（native platform window system）之间的中间层接口，它主要由系统制造商实现。

EGL是一套OpenGLES、OpenVG等渲染接口和它所运行的平台的底层原生窗口系统之间的桥接接口，也就是帮助OpenGLES或其他Khronos图形API渲染的内容投射到目标窗口的接口。

EGL是一个与平台无关的接口，EGL可以在多种操作系统（如Android和Linux）和本机窗口系统上实现。

通俗类比解释

  • OpengGL：他才是真正的画家，他负责创作画作。OpenGL是一个操作GPU的API，你可以认为GPU就是画笔、颜料等，如何妙笔生花就是OpenGL的功劳（哈哈哈，其实要画什么还是人发的指令，这里就不纠结了）。画家只负责饮酒作乐，哦不作画。至于我的画如何向别人展示，如何放到画室亦或是大街上供别人参观那我不管，我请一个公司EGL去负责，下面有请EGL登场。
  • EGL：画家（OpenGL）作了好多的画，我得想着怎么才能卖个好价钱：）。目前有Android画室、Linux画室以及windows画室在洽谈。我需要对接画家和画室，把画装裱到不同的画框、保证运输、并将画展示到画室。当然我们公司只提供了一套标准的流程，如何操作还需要Android、Linux画室工作人员来操作，他们需要遵循我们定的流程标准，将画正确无误的摆放到自己的画室供别人浏览参观。

提供了哪些功能？

  1. 与设备的原生窗口系统通信
  2. 查询绘图表面的可用类型和配置
  3. 创建绘图表面
  4. 在OpenGL ES 和其他图形渲染API之间同步渲染
  5. 管理纹理贴图等渲染资源

EGL怎么用

聪明的同学发现没有，我们使用GLSurfaceView编写OpenGL代码时好像并没有发现EGL的身影。那是因为GLSurfaceView早已帮我们搭建好了EGL环境，我们只需要编写OpenGL代码即可。如果我们想要更高的扩展性，以及真正了解他的运行机制我们需要自己搭建EGL。

下图请看EGL的主要使用API：

  • Display(EGLDisplay) 是对实际显示设备的抽象
  • Surface（EGLSurface）是对用来存储图像的内存区域
  • FrameBuffer 的抽象，包括 Color Buffer， Stencil Buffer ，Depth Buffer
  • Context (EGLContext) 存储 OpenGL ES绘图的一些状态信息

需要说明的是EGL是单线程模型，也就是说EGL环境创建、渲染操作、EGL环境的销毁都必须在同一个线程内完成，否则是无效的。那么我们要么在主线程创建，要么就是创建一个有消息循环的线程，聪明的你应该能想到那就得用HandlerThread或者自定义带Looper的Thread（GLSurfaceView采用该种方式，他是内部起一个while循环）

使用EGL的基本步骤

  1. 获取OpenGL ES与原生窗口系统的连接：调用eglGetDisplay方法得到EGLDisplay
    public static native EGLDisplay eglGetDisplay(
        int display_id
    );
  1. 初始化EGL链接：调用 eglInitialize 方法初始化
    public static native boolean eglInitialize(
        EGLDisplay dpy,    // 要进行初始化的EGL连接，即上一步的返回值
        int[] major,       // 主版本号
        int majorOffset,   // 主版本号偏移
        int[] minor,       // 次版本号
        int minorOffset    // 次版本号偏移
    )
  1. 确定渲染表面的配置信息：调用eglChooseConfig方法得到EGLConfig
    指定一组需求，然后再让EGL推荐（eglChooseChofig）最佳配置
  2. 创建渲染上下文：通过 EGLDisplay 和 EGLConfig ，调用 eglCreateContext 方法创建渲染上下文，得到 EGLContext
    public static native EGLContext eglCreateContext(
        EGLDisplay dpy,
        EGLConfig config,
        EGLContext share_context,
        int[] attrib_list,
        int offset
    )
  1. 创建渲染表面：通过 EGLDisplay 和 EGLConfig ，调用 eglCreateWindowSurface 方法创建渲染表面，得到 EGLSurface
    public static EGLSurface eglCreateWindowSurface(
        EGLDisplay dpy,      // EGLDisplay连接
        EGLConfig config,    // EGL frame buffer配置，定义了可用于Surface的frame buffer资源
        Object win,          // Android的窗口，可以是SurfaceView、Surface、SurfaceHolder、SurfaceTexture
        int[] attrib_list,   // 配置
        int offset           // 配置偏移
    )
  1. 绑定上下文：将EGL上下文绑定到当前线程，实现渲染环境的设置。通过eglMakeCurrent 方法将EGLSurface、EGLContext、EGLDisplay 三者绑定，接下来就可以使用 OpenGL 进行绘制了
public static native boolean eglMakeCurrent(
        EGLDisplay dpy,
        EGLSurface draw,
        EGLSurface read,
        EGLContext ctx
    );
  1. 绘制图像：使用OpenGL的API绘制精美的图像
  2. 交换缓冲区：当用 OpenGL 绘制结束后，使用 eglSwapBuffers 方法交换前后缓冲，将绘制内容显示到屏幕上
  3. 释放 EGL 环境 ：绘制结束，不再需要使用 EGL 时，取消 eglMakeCurrent 的绑定，销毁 EGLDisplay、EGLSurface、EGLContext

EGL代码实现

创建EGLHelper工具类如下：

package com.android.xz.egldemo.gles;

import android.opengl.EGL14;
import android.opengl.EGLConfig;
import android.opengl.EGLContext;
import android.opengl.EGLDisplay;
import android.opengl.EGLSurface;
import android.util.Log;

/**
 * EGL环境搭建类
 * <p>
 * 1.创建显示屏幕类EGLDisplay
 * 2.配置FrameBuffer类EGLConfig
 * 3.创建FrameBuffer的EGLSurface
 * 4.创建上下文EGLContext，并与Surface绑定
 */
public class EGLHelper {

    private static final String TAG = EGLHelper.class.getSimpleName();

    /**
     * 屏幕显示类，表示一个可以现实的屏幕
     */
    private EGLDisplay mEGLDisplay = EGL14.EGL_NO_DISPLAY;
    /**
     * 系统窗口或FrameBuffer
     */
    private EGLSurface mEGLSurface = EGL14.EGL_NO_SURFACE;
    /**
     * FrameBuffer的配置属性
     */
    private EGLConfig mEGLConfig;
    /**
     * 渲染上下文，用于绑定上面3个属性，将其关联起来
     */
    private EGLContext mEGLContext = EGL14.EGL_NO_CONTEXT;

    /**
     * 初始化EGL环境
     *
     * @param surface
     */
    public void initEGL(Object surface) {
        // 1、获取显示设备
        mEGLDisplay = EGL14.eglGetDisplay(EGL14.EGL_DEFAULT_DISPLAY);
        if (mEGLDisplay == EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {
            throw new RuntimeException("unable to get EGL14 display");
        }

        // 2、初始化EGL
        int[] version = new int[2];
        if (!EGL14.eglInitialize(mEGLDisplay, version, 0, version, 1)) {
            mEGLDisplay = null;
            throw new RuntimeException("unable to initialize EGL14");
        }

        // 3、资源配置，例如颜色配置等
        int[] attribList = {
                EGL14.EGL_RED_SIZE, 8,
                EGL14.EGL_GREEN_SIZE, 8,
                EGL14.EGL_BLUE_SIZE, 8,
                EGL14.EGL_ALPHA_SIZE, 8,
                //EGL14.EGL_DEPTH_SIZE, 16,
                //EGL14.EGL_STENCIL_SIZE, 8,
                EGL14.EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT,
                EGL14.EGL_NONE, 0,      // placeholder for recordable [@-3]
                EGL14.EGL_NONE
        };
        EGLConfig[] configs = new EGLConfig[1];
        int[] numConfigs = new int[1];

        // 4、ChooseConfig
        if (!EGL14.eglChooseConfig(mEGLDisplay, attribList, 0, configs, 0, configs.length,
                numConfigs, 0)) {
            throw new RuntimeException("unable to find RGB8888 / " + version + " EGLConfig");
        }
        mEGLConfig = configs[0];

        // 5、创建上下文
        int[] attrib2_list = {
                EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
                EGL14.EGL_NONE
        };
        EGLContext context = EGL14.eglCreateContext(mEGLDisplay, mEGLConfig, EGL14.EGL_NO_CONTEXT, attrib2_list, 0);
        if (context == EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {
            throw new RuntimeException("eglCreateContext error");
        }
        mEGLContext = context;

        // 6、创建渲染Surface
        int[] attrib_list = {
                EGL14.EGL_NONE
        };
        EGLSurface eglSurface = EGL14.eglCreateWindowSurface(mEGLDisplay, mEGLConfig, surface, attrib_list, 0);
        if (eglSurface == null) {
            throw new RuntimeException("surface was null");
        }
        mEGLSurface = eglSurface;

        // 7、将EGL上下文绑定到当前线程，实现渲染环境的设置，之后就可以使用OpenGL进行绘制了
        if (!EGL14.eglMakeCurrent(mEGLDisplay, mEGLSurface, mEGLSurface, mEGLContext)) {
            throw new RuntimeException("eglMakeCurrent failed");
        }
        Log.i(TAG, "egl init success!");
    }

    /**
     * 交换缓冲区
     */
    public void swapBuffers() {
        if (mEGLDisplay != EGL14.EGL_NO_DISPLAY && mEGLSurface != EGL14.EGL_NO_SURFACE) {
            if (!EGL14.eglSwapBuffers(mEGLDisplay, mEGLSurface)) {
                throw new RuntimeException("swap buffers error");
            }
        }
    }

    /**
     * 销毁EGL环境
     */
    public void destroyEGL() {
        if (mEGLDisplay != EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {
            EGL14.eglMakeCurrent(mEGLDisplay, EGL14.EGL_NO_SURFACE, EGL14.EGL_NO_SURFACE,
                    EGL14.EGL_NO_CONTEXT);
        }
        if (mEGLDisplay != EGL14.EGL_NO_DISPLAY && mEGLSurface != EGL14.EGL_NO_SURFACE) {
            EGL14.eglDestroySurface(mEGLDisplay, mEGLSurface);
            mEGLSurface = EGL14.EGL_NO_SURFACE;
        }
        if (mEGLDisplay != EGL14.EGL_NO_DISPLAY && mEGLContext != EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {
            EGL14.eglDestroyContext(mEGLDisplay, mEGLContext);
            mEGLContext = EGL14.EGL_NO_CONTEXT;
        }
        if (mEGLDisplay != EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {
            EGL14.eglReleaseThread();
            EGL14.eglTerminate(mEGLDisplay);
            mEGLDisplay = EGL14.EGL_NO_DISPLAY;
        }
        mEGLConfig = null;
    }
}

自定义MySurfaceView创建EGL环境

  • surfaceCreated中初始化EGL环境
  • surfaceChanged中更新画布大小并重新绘制
  • surfaceDestroyed中销毁EGL环境
public class MySurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {

    private static final String TAG = MySurfaceView.class.getSimpleName();
    private EGLHelper mEGLHelper = new EGLHelper();

    public MySurfaceView(Context context) {
        super(context);
        init(context);
    }

    public MySurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        init(context);
    }

    public MySurfaceView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        init(context);
    }

    private void init(Context context) {
        getHolder().addCallback(this);
    }

    @Override
    public void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder holder) {
        Log.i(TAG, "surfaceCreated.");
        mEGLHelper.initEGL(holder);
        draw();
        mEGLHelper.swapBuffers();
    }

    @Override
    public void surfaceChanged(@NonNull SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
        Log.i(TAG, "surfaceChanged.");
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
        draw();
        mEGLHelper.swapBuffers();
    }

    @Override
    public void surfaceDestroyed(@NonNull SurfaceHolder holder) {
        Log.v(TAG, "surfaceDestroyed.");
        mEGLHelper.destroyEGL();
    }

    /**
     * 该方法中编写OpenGL绘制相关代码
     */
    private void draw() {
        // 蓝色清屏
        GLES20.glClearColor(0f, 0f, 1f, 1f);
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    }
}

xlm中加入自定义视图

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">

    <com.android.xz.egldemo.view.MySurfaceView
        android:layout_width="200dp"
        android:layout_height="200dp"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

EGL环境创建好后，我们就可以在draw方法中编写OpenGL代码来绘制各种各样的图像了。EGL环境代码基本都是固定的流程，OpenGL绘制完成后，调用EGL的swapBuffers将OpenGL绘制的内容显示到EGLSurface上也就是设备的屏幕上。

最后

本文简述了OpenGL是如何将绘制的图像显示到设备上的，这离不开EGL的功劳，它通过和OpenGL和设备窗口来回周旋，将一幅幅精美的图案呈现到人们的眼前，给它点个赞。

本文代码已经全部粘贴出来，所以就不放项目地址了：）

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