OpenGL ES：Android平臺EGL環境

OpenGLES 安卓開發 · 發表 2018-11-27 15:30:58

摘要：前言這篇文章簡單介紹一下在Android平臺下的EGL 環境的相關內容，由於OpenGL ES 並不負責視窗管理以及上下文管理，該職責由各個平臺自行完成；在Android平臺下OpenGL ES 的上下文環境是依賴EGL 的API...

前言

這篇文章簡單介紹一下在Android平臺下的EGL 環境的相關內容，由於OpenGL ES 並不負責視窗管理以及上下文管理，該職責由各個平臺自行完成；在Android平臺下OpenGL ES 的上下文環境是依賴EGL 的API進行搭建的。

對於EGL 這個框架，谷歌已經提供了GLSurfaceView/">SurfaceView ，是一個已經封裝EGL 相關處理的工具類，但是不夠靈活；對於更加核心的OpengGL ES 的用法（例如多執行緒共享紋理）則需要開發者自行搭建EGL 開發環境。

按照慣例先上一份原始碼ofollow,noindex">AndroidVideo 。

Java相關核心實現在EglBase14.java 和EglBase10.java 。

Native相關實現，可以參考egl_base.cpp 。

前置知識

Java層實現

在Java層，EGL 封裝了兩套框架，分別是：

位於javax.microedition.khronos.egl 包下的EGL10 。
位於android.opengl 包下的EGL14 。

其主要區別是：

EGL14 是在Android 4.2(API 17)引入的，換言之API 17以下的版本不支援EGL14 。
EGL10 不支援OpenGL ES 2.x ，因此在EGL10 中某些相關常量引數只能用手寫硬編碼代替，例如EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION 以及EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT 等等。

PS:由於主體流程基本一致，所以本篇以EGL14 的程式碼進行示例。

Native層實現

程式在Native層使用EGL 環境時。

需要引入EGL 的so庫：

Android.mk：

LOCAL_LDLIBS += -lEGL

CMake：

find_library( EGL-lib
EGL )

需要包含標頭檔案：

#include <EGL/egl.h>
#include <EGL/eglext.h>

EGL環境配置整體流程

獲取預設的EGLDisplay 。
對EGLDisplay 進行初始化。
輸入預設定的引數獲取EGL 支援的EGLConfig 。
通過EGLDisplay 和EGLConfig 建立一個EGLContext 上下文環境。
建立一個EGLSurface 來連線EGL 和裝置的螢幕。
在渲染執行緒繫結EGLSurface 和EGLContext 。
【進行OpenGL ES 的API渲染步驟】(與EGL 無關)
呼叫SwapBuffer 進行雙緩衝切換顯示渲染畫面。
釋放EGL 相關資源EGLSurface 、EGLContext 、EGLDisplay 。

獲取顯示裝置

首先，EGL 是需要知道繪製內容的目標在哪裡，EGLDisplay 是一個封裝了物理螢幕的資料型別，也可以理解為繪製目標的一個抽象。

通常通過eglGetDisplay() 方法返回EGLDisplay 來作為OpenGL ES 的渲染目標，在該方法中，一般來說都會將常量EGL_DEFAULT_DISPLAY 傳進方法中，而各個手機廠商則會返回預設的顯示裝置。

java程式碼：

EGLDisplay eglDisplay = EGL14.eglGetDisplay(EGL14.EGL_DEFAULT_DISPLAY);
//需判斷是否成功獲取EGLDisplay
if (eglDisplay == EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {
throw new RuntimeException("Unable to get EGL14 display");
}

c程式碼：

EGLDisplay egl_display;
egl_display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
//需判斷是否成功獲取EGLDisplay
if (egl_display == EGL_NO_DISPLAY)
return error;

一般來說，我們需要驗證eglGetDisplay() 的返回值，如果是EGL_NO_DISPLAY 的話，那麼就是沒有獲取預設顯示裝置，需要返回給客戶端上層處理異常。

當我們獲取到了EGLDisplay ，我們需要呼叫eglInitialize() 對其進行初始化，該方法會返回一個bool變數代表執行是否成功。

java程式碼：

int version[] = new int[2];
if (!EGL14.eglInitialize(eglDisplay, version, 0, version, 1)) {
throw new RuntimeException("Unable to initialize EGL14");
}

c程式碼：

EGLint major, minor;
if (!eglInitialize(egl_display, &major, &minor))
return error;

方法的後面引數代表Major 和Minor 的版本，比如EGL 的版本號是1.0，那麼Major 將返回1，Minor 返回0。

如果不關心版本號，這兩個引數可以傳入NULL 。

配置輸出格式

當我們獲取到EGLDisplay 後，其實已經可以將OpenGL ES 的輸出與裝置的螢幕橋接起來了，但是還是需要指定一些配置項，例如色彩格式、畫素格式、RGBA的表示以及SurfaceType等，實際上也就是指FrameBuffer的配置引數。

一般來說不同平臺的EGL 標準是不同的，以下是Android平臺一個比較通用的配置引數（Java的就不列舉了）：

const EGLint config_attribs[] = {
EGL_BUFFER_SIZE, 32,//顏色緩衝區中所有組成顏色的位數
EGL_ALPHA_SIZE, 8,//顏色緩衝區中透明度位數
EGL_BLUE_SIZE, 8,//顏色緩衝區中藍色位數
EGL_GREEN_SIZE, 8,//顏色緩衝區中綠色位數
EGL_RED_SIZE, 8,//顏色緩衝區中紅色位數
EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,//渲染視窗支援的佈局組成
EGL_SURFACE_TYPE, EGL_WINDOW_BIT,//EGL 視窗支援的型別
EGL_NONE
};

PS：EGL 的引數配置一般都以 id，value 依次存放，對於個別的屬性可以只有 id 沒有 value ，並以EGL_NONE 標識結尾資訊。

最終可以通過呼叫eglChooseConfig() 方法得到配置選項資訊：

java程式碼：

EGLConfig[] configs = new EGLConfig[1];
int[] numConfigs = new int[1];
//檢測返回值是否成功
if (!EGL14.eglChooseConfig(eglDisplay, configAttributes, 0, configs, 0, configs.length,
numConfigs, 0)) {
throw new RuntimeException("eglChooseConfig failed");
}
//如果沒有配置的Config
if (numConfigs[0] < 0) {
throw new RuntimeException("Unable to find any matching EGL config");
}
EGLConfig eglConfig = configs[0];
//對應的Config不存在
if (eglConfig == null) {
throw new RuntimeException("eglChooseConfig returned null");
}

c程式碼：

EGLint num_config;
EGLConfigegl_config;
//檢測返回值是否成功
if (!eglChooseConfig(egl_display, config_attribs, &egl_config, 1, &num_config))
return error;
//如果沒有配置的Config
if (num_config < 0)
return error;
//對應的Config不存在
if (_egl_config == NULL)
return error;

簡單看一下函式原型：eglChooseConfig(EGLDisplay dpy, const EGLint *attrib_list, EGLConfig *configs, EGLint config_size,EGLint *num_config) 可以知道：

第2個引數attrib_list 指的是配置引數列表，也就是上面的config_attribs[] ；

第3個引數configs 返回輸出的EGLConfigs 資料，可能有多個；

第4個引數config_size 則表示最多需要輸出多少個EGLConfig ；

第5個引數num_config 則代表滿足配置引數的EGLConfig 的個數。

附帶一個EGLConfig屬性表格：

屬性	描述	預設值
EGL_BUFFER_SIZE	顏色緩衝區中所有組成顏色的位數	0
EGL_RED_SIZE	顏色緩衝區中紅色位數	0
EGL_GREEN_SIZE	顏色緩衝區中綠色位數	0
EGL_BLUE_SIZE	顏色緩衝區中藍色位數	0
EGL_LUMINANCE_SIZE	顏色緩衝區中亮度位數	0
EGL_ALPHA_SIZE	顏色緩衝區中透明度位數	0
EGL_ALPHA_MASK_SIZE	遮擋緩衝區透明度掩碼位數	0
EGL_BIND_TO_TEXTURE_RGB	繫結到 RGB 貼圖使能為真	EGL_DONT_CARE
EGL_BIND_TO_TEXTURE_RGBA	繫結到 RGBA 貼圖使能為真	EGL_DONT_CARE
EGL_COLOR_BUFFER_TYPE	顏色緩衝區型別 EGL_RGB_BUFFER, 或者EGL_LUMINANCE_BUFFER	EGL_RGB_BUFFER
EGL_CONFIG_CAVEAT	配置有關的警告資訊	EGL_DONT_CARE
EGL_CONFIG_ID	唯一的 EGLConfig 標示值	EGL_DONT_CARE
EGL_CONFORMANT	使用EGLConfig 建立的上下文符合要求時為真	—
EGL_DEPTH_SIZE	深度緩衝區位數	0
EGL_LEVEL	幀緩衝區水平	0
EGL_MAX_PBUFFER_WIDTH	使用EGLConfig 建立的PBuffer的最大寬度	—
EGL_MAX_PBUFFER_HEIGHT	使用EGLConfig 建立的PBuffer最大高度	—
EGL_MAX_PBUFFER_PIXELS	使用EGLConfig 建立的PBuffer最大尺寸	—
EGL_MAX_SWAP_INTERVAL	最大緩衝區交換間隔	EGL_DONT_CARE
EGL_MIN_SWAP_INTERVAL	最小緩衝區交換間隔	EGL_DONT_CARE
EGL_NATIVE_RENDERABLE	如果作業系統渲染庫能夠使用EGLConfig 建立渲染渲染視窗	EGL_DONT_CARE
EGL_NATIVE_VISUAL_ID	與作業系統通訊的可視ID控制代碼	EGL_DONT_CARE
EGL_NATIVE_VISUAL_TYPE	與作業系統通訊的可視ID型別	EGL_DONT_CARE
EGL_RENDERABLE_TYPE	渲染視窗支援的佈局組成標示符的遮擋位EGL_OPENGL_ES_BIT, EGL_OPENGL_ES2_BIT, orEGL_OPENVG_BIT that	EGL_OPENGL_ES_BIT
EGL_SAMPLE_BUFFERS	可用的多重取樣緩衝區位數	0
EGL_SAMPLES	每畫素多重取樣數	0
EGL_S TENCIL_SIZE	模板緩衝區位數	0
EGL_SURFACE_TYPE	EGL 視窗支援的型別EGL_WINDOW_BIT, EGL_PIXMAP_BIT,或EGL_PBUFFER_BIT	EGL_WINDOW_BIT
EGL_TRANSPARENT_TYPE	支援的透明度型別	EGL_NONE
EGL_TRANSPARENT_RED_VALUE	透明度的紅色解釋	EGL_DONT_CARE
EGL_TRANSPARENT_GRE EN_VALUE	透明度的綠色解釋	EGL_DONT_CARE
EGL_TRANSPARENT_BLUE_VALUE	透明度的蘭色解釋	EGL_DONT_CARE

建立EGL上下文環境

當拿到EGLDisplay 和EGLConfig 後，就可以開始建立EGL 的上下文環境EGLContext 了。

EGLContext 的存在是因為OpenGL ES 所建立的資源對於開發者來說可見的僅僅只是一個 ID 而已，而其實際內容依賴於這個上下文。

一個EGLContext 只能在一個執行緒中使用，如果將EGLContext 所持有的OpengGL 資源在多執行緒間共享，那麼需要用到共享上下文(share context)。

簡單看下EGLContext 的建立程式碼：

java程式碼：

//指定OpenGL ES2版本
int[] contextAttributes = {EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, EGL14.EGL_NONE};
//建立EGLContext上下文
EGLContext eglContext = EGL14.eglCreateContext(eglDisplay, eglConfig, null, contextAttributes, 0);
//需要檢測Context是否存在
if (eglContext == EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {
throw new RuntimeException("Failed to create EGL context");
}

c程式碼：

EGLContext egl_context;
//指定OpenGL ES2版本
const EGLint context_attribs[] = {
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
EGL_NONE
};
//建立EGLContext上下文
egl_context = eglCreateContext(egl_display, egl_config, NULL, context_attribs);
//需要檢測Context是否存在
if (egl_context == EGL_NO_CONTEXT)
return error;

函式eglCreateContext() 的第三個引數可以傳入一個EGLContext 的變數，該變數的意義是指可以與正在建立的上下文環境共享OpenGL ES 資源，包括紋理、FrameBuffer 以及其他的Buffer 等資源。

如果傳入NULL 代表不需要與其他的OpenGL ES 上下文共享任何資源。

連線EGl和裝置螢幕

當我們需要將EGL 跟裝置的螢幕橋接起來時，我們需要用到EGLSurface 讓EGL 有一個“橋”的功能，從而使得OpenGL ES 的輸出可以渲染到裝置螢幕上；

EGLSurface 其實就是一個FrameBuffer ，通過EGL 庫提供的eglCreateWindowSurface() 可以建立一個可實際顯示的Surface ；也可以通過EGL庫提供的eglCreatePbufferSurface() 方法建立一個OffScreen 的Surface 。

java程式碼：

//建立可顯示的Surface
EGLSurface eglSurface;
int[] surfaceAttribs = {EGL14.EGL_NONE};
eglSurface = EGL14.eglCreateWindowSurface(eglDisplay, eglConfig, surface, surfaceAttribs, 0);
if (eglSurface == EGL14.EGL_NO_SURFACE) {
throw new RuntimeException("Failed to create window surface");
}

這裡需要強調一點的是eglCreateWindowSurface() 的第三個入參surface 雖然可以傳入Object ；但是在EGL14 中只支援Surface 和SurfaceTexture ，在EGL10中只支援SurfaceHolder 和SurfaceTexture 。

c程式碼：

//建立可顯示的Surface
EGLSurface egl_surface;
const EGLint attribs[] = { EGL_NONE };
egl_surface = eglCreateWindowSurface(egl_display, egl_config, window, attribs);
if (egl_surface == EGL_NO_SURFACE)
return error;

在Native層，eglCreateWindowSurface() 的第三個入參window 是需要傳入一個ANativeWindow 物件，也就是本地裝置螢幕的表示。

我們可以通過Surface (由SurfaceView 或者TextureView 獲得或者構建出來的Surface 物件)來構建ANativeWindow 。

需要引入標頭檔案：

#include <android/native_window.h>
#include <android/native_window_jni.h>

獲取ANativeWindow 的程式碼如下：

//surface也就是一個jobject，對應java層的Surface。
ANativeWindow *window = ANativeWindow_fromSurface(env, surface);

如果我們要做離屏渲染的話，就需要用到離屏處理的Surface ，也就是建立一個PBufferSurface ，PBufferSurface 的儲存位置是在視訊記憶體中的幀，具體程式碼可以參考。

java程式碼:

//建立離屏Surface
EGLSurface eglSurface;
int[] surfaceAttribs = {
EGL14.EGL_WIDTH, width,
EGL14.EGL_HEIGHT, height,
EGL14.EGL_NONE
};
eglSurface = EGL14.eglCreatePbufferSurface(eglDisplay, eglConfig, surfaceAttribs, 0);
if (eglSurface == EGL14.EGL_NO_SURFACE) {
throw new RuntimeException("Failed to create pixel buffer surface");
}

c程式碼：

//建立離屏Surface
EGLSurface egl_surface;
const EGLint attribs[] = {
EGL_WIDTH, width,
EGL_HEIGHT, height,
EGL_NONE
};
egl_surface = eglCreatePbufferSurface(egl_display, egl_config, attribs);
if (egl_surface == EGL_NO_SURFACE)
return error;

另外說一點，EGLSurface 還支援引數的查詢與設定，例如我們想知道新建立的Surface 的寬高，那麼可以用到下面的方法。

java程式碼：

//查詢Surface的width
int[] array = new int[1];
EGL14.eglQuerySurface(eglDisplay, eglSurface, EGL14.EGL_WIDTH, array, 0);
//設定Surface的width
if (!EGL14.eglSurfaceAttrib(eglDisplay, eglSurface, EGL14.EGL_WIDTH, 600))
throw new RuntimeException("eglSurfaceAttrib fail");

c程式碼：

//查詢Surface的width
EGLint value;
eglQuerySurface(_egl_display, _egl_surface, EGL_WIDTH, &value);
//設定Surface的width
if (!eglSurfaceAttrib(_egl_display, _egl_surface, EGL_WIDTH, 600))
return error;

EGL變數與執行緒的繫結

一般來說，開發者需要為OpenGL ES 開闢一個新的執行緒，來執行渲染操作，並且需要為該執行緒繫結顯示裝置EGLSurface 和上下文環境EGLContext 。

每個執行緒都需要繫結一個上下文，才可以開始執行OpenGL ES 指令，我們可以通過eglMakeCurrent 來為該執行緒繫結Surface 和Context ，值得注意一點的是一個EGLContext 只能繫結到一個執行緒上面。

java程式碼：

if (!EGL14.eglMakeCurrent(eglDisplay, EGL14.EGL_NO_SURFACE, EGL14.EGL_NO_SURFACE, EGL14.EGL_NO_CONTEXT)) {
throw new RuntimeException("detachCurrent failed");
}

c程式碼：

if (!eglMakeCurrent(egl_display, egl_surface, egl_surface, egl_context))
return error;

可以通過返回值來判斷eglMakeCurrent() 是否成功，這個也是必要的。

OpenGL的渲染

涉及到OpenGl ES 的繪圖API和紋理相關方面的知識，本篇這裡不做介紹，請關注後續相關文章。

雙緩衝機制

EGL 在初始化的時候預設設定的是雙緩衝模式，也就是兩份FrameBuffer ;

即一份緩衝用於繪製圖像，一份緩衝用於顯示影象，每次顯示時需要交換兩份緩衝。

我們需要在OpenGL ES 繪製完畢後，呼叫

eglSwapBuffers(egl_display, egl_surface);

將前臺的FrameBuffer 和後臺FrameBuffer 進行交換。

EGL的資源釋放

當然，EGL 在我們不需要的時候也是需要進行釋放的。

我們需要將執行緒跟EGL 環境解除繫結：

eglMakeCurrent(egl_display, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_CONTEXT);

然後要銷燬EGLSurface :

eglDestroySurface(egl_display, egl_surface);

接著清理掉上下文環境：

eglDestroyContext(egl_display, egl_context);

最終關閉掉顯示裝置：

eglTerminate(egl_display);

通過上面也就是完成了一個EGL 的資源釋放工作。

最後說一些

在Android平臺上面，當程式切到後臺的時候，需要釋放EGL 環境，在應用挪回前臺時，重新初始化相關環境。

不過谷歌提供了一個已經封裝完善的GLSurfaceView 提供OpenGL ES 的繪製環境，普通需求下采用GLSurfaceView 進行繪製也是一個不錯的選擇。

有興趣可以讀讀這篇文章：原始碼解析：Android原始碼GLSurfaceView原始碼解析。

最後放一個EGL的官方文件地址。

結語

這篇文章簡單介紹了一下Android平臺下的EGL 環境的相關內容，並提供了基於java層EGL14 和native層的EGL 相關API的使用示例。

後續文章將介紹怎麼在EGL 環境下進行OpenGL ES 相關 API的一些使用。

本文同步釋出於簡書、CSDN 。

End!

OpenGL ES：Android平臺EGL環境

前言

前置知識

EGL環境配置整體流程

獲取顯示裝置

配置輸出格式

建立EGL上下文環境

連線EGl和裝置螢幕

EGL變數與執行緒的繫結

OpenGL的渲染

雙緩衝機制

EGL的資源釋放

最後說一些

結語

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