Android OpenGL ES向导学习笔记(扫盲专用)(opengl es2.0)

Android 目前支持下面几个版本的OpenGL ES API ：OpenGL ES 1.0 和 1.1 ：Ａndroid 1.0和更高的版本支持这个API规范。OpenGL ES 2.0 ： Android 2.2(API 8)和更高的版本支持这个API规范。OpenGL ES 3.0 ： Android 4.3(API )和更高的版本支持这个API规范。OpenGL ES 3.1 : Android 5.0(API )和更高的版本支持这个API规范。支持OpenGL ES 3.0的API需要实现设备生产厂家提供的图形管道，所以一个Android4.3或者更高版本的设备可能并不支持OpenGL ES 3.0.

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Android在framework API和NDK都提供了对OpenGL的支持

OpenGL ES包：

1、OpenGL ES 1.0/1.1 API 包 android.opengl -- 这个包提供了OpenGL ES 1.0/1.1包含类的静态接口，比javax.microedition.khronos 包里的接口有更好的性能GLESGLESExtGLESGLESExt javax.microedition.khronos.opengles -- 这个包里提供了OpenGL ES 1.0/1.1的标准实现GLGLExtGLGLExtGLExtensionPack2 . OpenGL ES 2.0的API类android.opengl.GLES -- 这个包提供了OpenGLES 2.0的接口，在Android2.2及以上版本可以使用。3. OpenGL ES 3.0/3/1的API包 android.opengl -- 这个包提供了OpenGL ES 3.0/3.1的类接口。GLESGLESGLESExt (Android Extension Pack)

为绘制对象映射坐标（Mapping Coordinates for Drawn Objects）

在Android设备上面展示图形的一个基本问题是屏幕的尺寸和形状都不同，OpenGL假设默认有一个统一的正方形坐标系，并将这些坐标绘制到通常不是正方形的屏幕上面，就像它是一个完美的正方形。图1 默认的OpenGL坐标系统(左) 映射到通常的Android设备屏幕(右) 上面的图片现实了OpenGL帧假设的统一坐标系统(左)，和这些坐标是怎么映射到一个通常的设备横屏上的(右)。为了解决这个问题，你可以应用OpenGL投影模式和相机视图来变换坐标，使你的图形对象在任何屏幕上面都有正确的比例。 为了应用投影和相机视图，创建一个投影矩阵和相机视图矩阵，并将它们应用到OpenGL渲染管道，投影矩阵重新计算图形的坐标，使它们在设备屏幕上面正确映射。相机视图矩阵从一个特定的视图位置给渲染对象创建一个变换。OpenGL ES 1.0的投影和相机视图 在ES 1.0 API，通过为投影和相机视图创建相应的矩阵，然后把它们添加到OpenGL环境中。 1.投影矩阵 - 使用设备屏幕的几何参数创建投影矩阵，来重新计算对象的坐标，使它们以正确的比例绘制。下面的示例代码展示了在onSurfaceChanged()方法中以屏幕的宽高比创建投影矩阵，并把它应用到OpenGL渲染环境中去。public void onSurfaceChanged(GL gl, int width, int height) { gl.glViewport(0, 0, width, height); // make adjustments for screen ratio float ratio = (float) width / height; gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION); // set matrix to projection mode gl.glLoadIdentity();// reset the matrix to its default state gl.glFrustumf(-ratio, ratio, -1, 1, 3, 7); // apply the projection matrix} 2.相机变换矩阵 - 当你使用投影矩阵适应了坐标系统后，你必须应用一个相机视图。下面的代码展示了使用GLU.gluLookAt()创建一个模拟相机位置的视图变换.public void onDrawFrame(GL gl) { ... // Set GL_MODELVIEW transformation mode gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW); gl.glLoadIdentity();// reset the matrix to its default state // When using GL_MODELVIEW, you must set the camera view GLU.gluLookAt(gl, 0, 0, -5, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f); ...}OpenGL ES 2.0或者更高版本的投影和相机视图

在ES 2.0或者3.0的API里面，应用投影和相机视图时，首先要向图形对象的顶点着色器添加一个矩阵成员对象，当矩阵对象添加后，就可以向对象生成和应用投影和相机视图矩阵。

1. 向顶点着色器中添加矩阵 - 为view的投影矩阵创建一个变量，然后将它与着色器的position相乘。下面的着色器代码，包含的uMVPMatrix成员允许你应用投影和相机视图矩阵到使用这个着色器的对象上面。private final String vertexShaderCode = // This matrix member variable provides a hook to manipulate // the coordinates of objects that use this vertex shader. "uniform mat4 uMVPMatrix; n" &#; "attribute vec4 vPosition; n" &#; "void main(){ n" &#; // The matrix must be included as part of gl_Position // Note that the uMVPMatrix factor *must be first* in order // for the matrix multiplication product to be correct. " gl_Position = uMVPMatrix * vPosition; n" &#; "} n";

注意：上面的示例在顶点着色器中定义了一个矩阵变换成员，你可以给这个矩阵应用一个投影和相机视图的结合矩阵。根据你的需求，可能会需要定义分开的投影矩阵和相机视图矩阵成员，以方便分开自由的改变它们。

2. 访问着色器矩阵 - 当你在顶点着色器中创建了hook之后，你可以访问这个变量来应用投影和相机视图矩阵。下面的代码显示了如何访问顶点着色器中定义的矩阵变量：public void onSurfaceCreated(GL unused, EGLConfig config) { ... muMVPMatrixHandle = GLES.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix"); ...}3. 创建投影和相机视图矩阵 - 生成可应用到图形对象的投影和视图矩阵。下面的代码根据设备屏幕的宽高比创建了投影矩阵和相机视图矩阵。public void onSurfaceCreated(GL unused, EGLConfig config) { ... // Create a camera view matrix Matrix.setLookAtM(mVMatrix, 0, 0, 0, -3, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f);}public void onSurfaceChanged(GL unused, int width, int height) { GLES.glViewport(0, 0, width, height); float ratio = (float) width / height; // create a projection matrix from device screen geometry Matrix.frustumM(mProjMatrix, 0, -ratio, ratio, -1, 1, 3, 7);}4. 应用投影和相机视图矩阵 - 应用投影和相机视图变换，将两个矩阵相乘，然后将它们设置到顶点着色器。下面的代码显示了如何将矩阵应用到openGL渲染的图形对象上public void onDrawFrame(GL unused) { ... // Combine the projection and camera view matrices Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjMatrix, 0, mVMatrix, 0); // Apply the combined projection and camera view transformations GLES.glUniformMatrix4fv(muMVPMatrixHandle, 1, false, mMVPMatrix, 0); // Draw objects ...} OpenGL ES 1.0/1.1API与2.0或者更高的版本是明显不同的，1.x版本有更多方便的方法和固定的管线，而2.0和3.0API通过OpenGL着色器提供了更多对管线的直接控制。你应该仔细考虑绘制图形的需求，并且选择最适合应用的api。 OpenGL ES 3.0 API比2.0提供跟多的特性和更好的性能，同时也向下兼容。这意味着你可以将应用的OpenGL ES的版本设置为2.0，并选择性地包含一些有效的3.0图形特性。

纹理压缩支持

纹理压缩可以通过减少内存来显著地提高OpenGL的性能，使内存使用的效率更高。Android framework提供了ETC1压缩&#;式作为标准特性，包含了ETC1Util工具类和etctool压缩工具（位于Android SDK下的<sdk>/tools/目录）。 大部分的Android设备都支持ETC1&#;式，但是不保证它一定支持。检查设备是否支持ETC1&#;式，调用 ETC1Util.isETC1Supported()方法。ETC1纹理压缩&#;式不支持有透明度的纹理(alpha通道)，如果应用需要有透明度的纹理，你应该选择目标设备支持的其他纹理压缩&#;式。 当使用OpenGL ES3.0时，ETC2/EAC纹理压缩&#;式是确保可用的，这种纹理&#;式有优秀的压缩比率，高质量的视觉效果，并且也支持透明度。 除了ETC&#;式，Android设备支持很多其他&#;式的纹理压缩，根据GPU芯片和OpenGL实现的不同略有差异。你应该调查目标设备所支持的压缩&#;式，然后再确定应用支持哪些压缩&#;式。为了确定设备支持哪些纹理&#;式，你必须查询设备，检查OpenGL的扩展名，它们标记了哪些纹理压缩&#;式可以被支持。一些常见的纹理压缩&#;式有以下几种：ATITC (ATC) - ATI纹理压缩在许多设备上面都支持，它支持RGB纹理压缩但不包含alpha通道，一些OpenGL扩展名可以代表这种&#;式，比如：GL_AMD_compressed_ATC_textureGL_ATI_texture_compression_atitcPVRTC-PVRTC纹理压缩在许多设备上面都支持，支持每个像素2位或者4位的纹理，包含或者不包含alpha通道都可以。下面的OpenGL扩展名可以代表这种&#;式，比如：GL_IMG_texture_compression_pvrtcS3TC (DXTn/DXTC)-S3有一些&#;式变化（从DXT1到DXT5），使用并不是很广泛。它支持包含4位或者8位alpha通道的RGB纹理。下面的OpenGL扩展名可以代表这种&#;式，比如：GL_OES_texture_compression_S3TCGL_EXT_texture_compression_s3tcGL_EXT_texture_compression_dxt1GL_EXT_texture_compression_dxt3GL_EXT_texture_compression_dxtDC - 3DC纹理压缩是比较少使用的支持包含alpha通道的RGB纹理，下面的OpenGL扩展名可以代表这种&#;式：GL_AMD_compressed_3DC_texture 这些纹理压缩&#;式并不是在所有的设备上面都支持，不同的制造商和设备支持的&#;式不同，一旦你决定应用哪种纹理压缩&#;式，一定要在manifest文件中使用 <supports-gl-texture> 进行声明，使用这个声明可以被Google Play过滤掉不支持这些&#;式的设备。

确定OpenGL扩展

OpenGL实现根据OpenGL ES API所支持的扩展而不同，这些扩展包含了纹理压缩，但通常还包括其他OpenGL功能集的扩展。

通过下面方法可以确定特定的一个设备上面支持哪些纹理压缩&#;式和OpenGL扩展：

1.在目标设备上面执行下面的代码来确定设备支持哪些纹理压缩&#;式，不同的机型上面结果不一样，所以你应该在多个机型上面运行这个代码，来确定哪些压缩&#;式是被广泛支持的：String extensions = javax.microedition.khronos.opengles.GL.glGetString(GL.GL_EXTENSIONS); 2.查看这个方法的输出，来确定设备支持哪些OpenGL扩展Android扩展包(AEP) AEP确保了应用支持标准化的OpenGL扩展集，它超出了OpenGL 3.1规范描述的核心集，将这些扩展打包促进了不同设备上面功能的一致，同时允许开发者充分利用手机GPU设备的最新功能。 AEP还提高了对图像、着色器存储缓存和片元着色器原子计数器的支持。 app使用AEP时，比如在manifest里进行声明，另外，平台版本必须支持它 <uses feature android:name="android.hardware.opengles.aep" android:required="true" /> 使用 hasSystemFeature(String)方法来验证是否支持AEP，传递FEATURE_OPENGLES_EXTENSION_PACK作为参数：boolean deviceSupportsAEP = getPackageManager().hasSystemFeature (PackageManager.FEATURE_OPENGLES_EXTENSION_PACK);

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