OpenGL 之 EGL 使用实践

OpenGL 之 EGL 使用实践

Sun Sep 2, 2018

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Tags: OpenGL   EGL  

OpenGL 是跨平台的、专业的图形编程接口,而接口的实现是由厂商来完成的。

而当我们使用这组接口完成绘制之后,要把结果显示在屏幕上,就要用到 EGL 来完成这个转换工作。

EGL 是 OpenGL ES 渲染 API 和本地窗口系统(native platform window system)之间的一个中间接口层,它也主要由厂商来实现。EGL 提供了如下机制:

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

为了让 OpenGL ES 能够绘制在当前设备上,我们需要 EGL 作为 OpenGL ES 与设备的桥梁。

我们可以直接用 GLSurfaceView 来进行 OpenGL 的渲染,就是因为在 GLSurfaceView 的内部已经完成了对 EGL 的使用封装,当然我们也可以封装自己的 EGL 环境。

EGL 使用实践

EGL 的使用要遵循一些固定的步骤,按照这些步骤去配置、创建、渲染、释放。

  • 创建与本地窗口系统的连接
    • 调用 eglGetDisplay 方法得到 EGLDisplay
  • 初始化 EGL 方法
    • 调用 eglInitialize 方法初始化
  • 确定渲染表面的配置信息
    • 调用 eglChooseConfig 方法得到 EGLConfig
  • 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
  • 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
  • 绑定上下文
    • 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。
  • 交换缓冲
    • 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
  • 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。

如果对 EGLDisplay、EGLSurface 、EGLContext 这些抽象概念傻傻分不清楚,可以参考这幅图:

其中:

  • 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

使用 EGL 的具体步骤如下:

创建与本地窗口系统的连接

通过 eglGetDisplay 方法创建与本地窗口系统的连接,返回的是 EGLDisplay 类型对象,可以把它抽象理解成设备的显示屏幕。

    private EGLDisplay mEGLDisplay = EGL14.EGL_NO_DISPLAY;
    // 创建与本地窗口系统的连接
    mEGLDisplay = EGL14.eglGetDisplay(EGL14.EGL_DEFAULT_DISPLAY);
    // 如果创建之后还是 EGL_NO_DISPLAY ,表示创建失败
    if (mEGLDisplay == EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {
        // failed
    }

这一步就可以看成是选择显示设备,一般都是选择默认的显示设备,也就是手机屏幕。

初始化 EGL

创建 EGLDisplay 对象之后,要将它进行初始化。

    // EGL 的主版本号
    private int[] mMajorVersion = new int[1];
    // EGL 的次版本号
    private int[] mMinorVersion = new int[1];
    boolean result = EGL14.eglInitialize(mEGLDisplay, mMajorVersion, 0, mMajorVersion, 0);
    if (!result) {
        // failed
    }

初始化的时候可以获得 EGL 的主版本号与次版本号。

确定可用的渲染表面(Surface)配置

把 Surface 看成是一个渲染表面,渲染表面包含一些配置信息,也就是 EGLConfig 属性:

比如:

  • EGL_RED_SIZE:颜色缓冲区中红色用几位来表示
  • EGL_BLUE_SIZE:颜色缓冲区中蓝色用几位来表示

更多的 EGLConfig 属性参考这里:

https://www.jianshu.com/p/9db986365cda

有两种方式用来确定可用的渲染表面配置。

通过 eglGetConfigs 的方法获取底层窗口系统支持的所有 EGL 渲染表面配置,再用 eglGetConfigAttrib 查询每个 EGLConfig 的信息。

    public static native boolean eglGetConfigs(
        EGLDisplay dpy,
        EGLConfig[] configs,
        int configsOffset,
        int config_size,
        int[] num_config,
        int num_configOffset
    );
	
    public static native boolean eglGetConfigAttrib(
        EGLDisplay dpy,
        EGLConfig config,
        int attribute,
        int[] value,
        int offset
    );

另一种是创建好渲染表面配置列表,通过 eglChooseConfig 的方法,找到符合要求的 EGLConfig 配置。

    public static native boolean eglChooseConfig(
        EGLDisplay dpy,
        int[] attrib_list,
        int attrib_listOffset,
        EGLConfig[] configs,
        int configsOffset,
        int config_size,
        int[] num_config,
        int num_configOffset
    );

第二种方法相对于第一种来说,不用再查询每一个 EGLConfig 属性了。

具体使用如下:

	// 定义 EGLConfig 属性配置
    private static final int[] EGL_CONFIG = {
            EGL14.EGL_RED_SIZE, CFG_RED_SIZE,
            EGL14.EGL_GREEN_SIZE, CFG_GREEN_SIZE,
            EGL14.EGL_BLUE_SIZE, CFG_BLUE_SIZE,
            EGL14.EGL_ALPHA_SIZE, CFG_ALPHA_SIZE,
            EGL14.EGL_DEPTH_SIZE, CFG_DEPTH_SIZE,
            EGL14.EGL_STENCIL_SIZE, CFG_STENCIL_SIZE,
            EGL14.EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT,
            EGL14.EGL_NONE,
    };

首先定义 EGLConfig 属性配置数组,定义红、绿、蓝、透明度、深度、模板缓冲的位数,最后要以 EGL14.EGL_NONE 结尾。

        // 所有符合配置的 EGLConfig 个数
        int[] numConfigs = new int[1];
        // 所有符合配置的 EGLConfig
        EGLConfig[] configs = new EGLConfig[1];

        // configs 参数为 null,会在 numConfigs 中输出所有满足 EGL_CONFIG 条件的 config 个数
        EGL14.eglChooseConfig(mEGLDisplay, EGL_CONFIG, 0, null, 0, 0, numConfigs, 0);
        // 得到满足条件的个数
        int num = numConfigs[0];
        if (num != 0) {
            // 会获取所有满足 EGL_CONFIG 的 config
            EGL14.eglChooseConfig(mEGLDisplay, EGL_CONFIG, 0, configs, 0, configs.length, numConfigs, 0);
            // 去第一个
            mEGLConfig = configs[0];
        }

首先通过给 eglChooseConfig 相应参数设置为 null,找到符合条件的 EGLConfig 个数,如果不为空,则再一次调用,取第一个,就是想要的 EGLConfig 配置。

创建渲染上下文

有了 EGLDisplayEGLConfig 对象,就可以创建 渲染表面 EGLSurface和 渲染上下文 EGLContext

在创建渲染上下文时,同样要创建属性信息,主要是指定 OpenGL 使用版本。

    private static final int[] EGL_ATTRIBUTE = {
            EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
            EGL14.EGL_NONE,
    };

同样,还是以 EGL14.EGL_NONE 结尾。

    private EGLContext mEGLContext = EGL14.EGL_NO_CONTEXT;
    // 创建上下文
    mEGLContext = EGL14.eglCreateContext(mEGLDisplay, mEGLConfig, EGL14.EGL_NO_CONTEXT, EGL_ATTRIBUTE, 0);
    if (mEGLContext == EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {
        // failed
    }

创建渲染表面

EGL 提供了两种方式创建渲染表面,一种是可见的,渲染到屏幕上,一种是不可见的,也就离屏的。

  • eglCreatePbufferSurface:创建离屏的渲染表面
  • eglCreateWindowSurface:创建渲染到屏幕的渲染表面

无论使用哪种创建方式,也都需要创建配置信息。

	// 创建渲染表面的配置信息
    private static final int[] EGL_SURFACE = {
            EGL14.EGL_NONE,
    };
    private EGLSurface mEGLSurface = EGL14.EGL_NO_SURFACE;
    // surface 参数是有 SurfaceView.getHolder 传递过来的
    mEGLSurface = EGL14.eglCreateWindowSurface(mEGLDisplay, mEGLConfig, surface, EGL_SURFACE, 0);

对于渲染到屏幕上的创建,配置信息可以不添加什么,但还是要以 EGL14.EGL_NONE 结尾。

而对于离屏的渲染表面创建,就还需要提供宽、高等信息,但是却不需要提供 surface 的参数了。

        // 使用 eglCreatePbufferSurface 就需要指定宽和高
        int[] EGL_SURFACE = {
                EGL10.EGL_WIDTH, w,
                EGL10.EGL_HEIGHT, h,
                EGL10.EGL_NONE,
        };
        mEGLSurface = mEGL.eglCreatePbufferSurface(mEGLDisplay, mEGLConfig, EGL_SURFACE,0);

绑定上下文

当有了 EGLDisplayEGLSurfaceEGLContext 对象之后,就可以为 EGLContext 绑定上下文了。

 EGL14.eglMakeCurrent(mEGLDisplay, mEGLSurface, mEGLSurface, mEGLContext);

当绑定上下文之后,就可以执行具体的绘制操作了,调用 OpenGL 相关的方法绘制图形。

交换缓冲,进行显示

当绘制结束之后,就该把绘制结果显示在屏幕上了。

        EGL14.eglSwapBuffers(mEGLDisplay, mEGLSurface);

通过 eglSwapBuffers 方法,将后台绘制的缓冲显示到前台。

释放操作

当绘制结束时,要进行相应的释放操作。

        EGL14.eglMakeCurrent(mEGLDisplay, EGL14.EGL_NO_SURFACE, EGL14.EGL_NO_SURFACE, EGL14.EGL_NO_CONTEXT);
        EGL14.eglDestroyContext(mEGLDisplay, mEGLContext);
        EGL14.eglDestroySurface(mEGLDisplay, mEGLSurface);
        EGL14.eglReleaseThread();
        EGL14.eglTerminate(mEGLDisplay);

        mEGLContext = EGL14.EGL_NO_CONTEXT;
        mEGLDisplay = EGL14.EGL_NO_DISPLAY;
        mEGLConfig = null;

相当于就是把前面操作的 EGL 相关对象都释放掉。

当完成这样的一个流程之后,就基本上掌握了 EGL 的大部分使用。

EGL 操作的很多流程都是固定的,可以把它们再单独做一层封装,这里可以参考 grafika 的封装。

文章中具体代码部分,可以参考我的 Github 项目,欢迎 Star 。

https://github.com/glumes/AndroidOpenGLTutorial

参考

  1. Android 系统图形栈(一): OpenGL ES 和 EGL 介绍
  2. Understaing Android EGL
  3. OpenGL ES EGL介绍
  4. 引入EGL

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