通常在Android上使用OpenGL ES,都是希望把渲染后的结果显示在屏幕上,例如图片处理、模型显示等。这种情况下,只需要使用Android API中提供的GLSurfaceView类和Renderer类,在这两个类提供的初始化、回调函数中设置/编写相应的代码即可。不过,如果不希望把渲染结果显示在屏幕上,也就是所说的离屏渲染(offscreen render),这两个类就帮不上忙了。在此介绍一下如何在Android系统上做OpenGL ES 的离屏渲染。

1.基础知识

要想使用OpenGL ES,一般包括如下几个步骤:

  (1)EGL初始化

  (2)OpenGL ES初始化

  (3)OpenGL ES设置选项&绘制

  (4)OpenGL ES资源释放(可选)

  (5)EGL资源释放

Android提供的GLSurfaceView和Renderer自动完成了(1)(5)两个部分,这部分只需要开发者做一些简单配置即可。另外(4)这一步是可选的,因为随着EGL中上下文的销毁,openGL ES用到的资源也跟着释放了。因此只有(2)(3)是开发者必须做的。这大大简化了开发过程,但是灵活性也有所降低,利用这两个类是无法完成offscreen render的。要想完成offscreen render其实也很简单,相信大家也都猜到了,只要我们把(1)~(5)都自己完成就可以了。后续部分的代码大部分都是C/C++,少部分是Java。

2.EGL初始化

EGL的功能是将OpenGL ES API和设备当前的窗口系统粘合在一起,起到了沟通桥梁的作用。不同设备的窗口系统千变万化,但是OpenGL ES提供的API却是统一的,所以EGL需要协调当前设备的窗口系统和OpenGL ES。下面EGL初始化的代码我是用C++写的,然后通过jni调用。Android在Java层面上也提供了对应的Java接口函数。

static EGLConfig eglConf;
static EGLSurface eglSurface;
static EGLContext eglCtx;
static EGLDisplay eglDisp; JNIEXPORT void JNICALL Java_com_handspeaker_offscreentest_MyGles_init
(JNIEnv*env,jobject obj)
{
// EGL config attributes
const EGLint confAttr[] =
{
EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,// very important!
EGL_SURFACE_TYPE,EGL_PBUFFER_BIT,//EGL_WINDOW_BIT EGL_PBUFFER_BIT we will create a pixelbuffer surface
EGL_RED_SIZE, ,
EGL_GREEN_SIZE, ,
EGL_BLUE_SIZE, ,
EGL_ALPHA_SIZE, ,// if you need the alpha channel
EGL_DEPTH_SIZE, ,// if you need the depth buffer
EGL_STENCIL_SIZE,,
EGL_NONE
};
// EGL context attributes
const EGLint ctxAttr[] = {
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, ,// very important!
EGL_NONE
};
// surface attributes
// the surface size is set to the input frame size
const EGLint surfaceAttr[] = {
EGL_WIDTH,,
EGL_HEIGHT,,
EGL_NONE
};
EGLint eglMajVers, eglMinVers;
EGLint numConfigs; eglDisp = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
if(eglDisp == EGL_NO_DISPLAY)
{
//Unable to open connection to local windowing system
LOGI("Unable to open connection to local windowing system");
}
if(!eglInitialize(eglDisp, &eglMajVers, &eglMinVers))
{
// Unable to initialize EGL. Handle and recover
LOGI("Unable to initialize EGL");
}
LOGI("EGL init with version %d.%d", eglMajVers, eglMinVers);
// choose the first config, i.e. best config
if(!eglChooseConfig(eglDisp, confAttr, &eglConf, , &numConfigs))
{
LOGI("some config is wrong");
}
else
{
LOGI("all configs is OK");
}
// create a pixelbuffer surface
eglSurface = eglCreatePbufferSurface(eglDisp, eglConf, surfaceAttr);
if(eglSurface == EGL_NO_SURFACE)
{
switch(eglGetError())
{
case EGL_BAD_ALLOC:
// Not enough resources available. Handle and recover
LOGI("Not enough resources available");
break;
case EGL_BAD_CONFIG:
// Verify that provided EGLConfig is valid
LOGI("provided EGLConfig is invalid");
break;
case EGL_BAD_PARAMETER:
// Verify that the EGL_WIDTH and EGL_HEIGHT are
// non-negative values
LOGI("provided EGL_WIDTH and EGL_HEIGHT is invalid");
break;
case EGL_BAD_MATCH:
// Check window and EGLConfig attributes to determine
// compatibility and pbuffer-texture parameters
LOGI("Check window and EGLConfig attributes");
break;
}
}
eglCtx = eglCreateContext(eglDisp, eglConf, EGL_NO_CONTEXT, ctxAttr);
if(eglCtx == EGL_NO_CONTEXT)
{
EGLint error = eglGetError();
if(error == EGL_BAD_CONFIG)
{
// Handle error and recover
LOGI("EGL_BAD_CONFIG");
}
}
if(!eglMakeCurrent(eglDisp, eglSurface, eglSurface, eglCtx))
{
LOGI("MakeCurrent failed");
}
LOGI("initialize success!");
}

代码比较长,不过大部分都是检测当前函数调用是否出错的,核心的函数只有6个,只要它们的调用没有问题即可:

eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY)

eglInitialize(eglDisp, &eglMajVers, &eglMinVers)

eglChooseConfig(eglDisp, confAttr, &eglConf, 1, &numConfigs)

eglCreatePbufferSurface(eglDisp, eglConf, surfaceAttr)

eglCreateContext(eglDisp, eglConf, EGL_NO_CONTEXT, ctxAttr)

eglMakeCurrent(eglDisp, eglSurface, eglSurface, eglCtx)

这些函数中参数的具体定义可以在这个网站找到:  https://www.khronos.org/registry/egl/sdk/docs/man/

需要说明的是,eglChooseConfig(eglDisp, confAttr, &eglConf, 1, &numConfigs)中confAttr参数一定要有EGL_SURFACE_TYPE,EGL_PBUFFER_BIT这个配置,它决定了是渲染surface的类型,是屏幕还是内存。另外,还有一些选项和OpenGL ES版本有关,具体选用1.x还是2.x,这个视个人情况而定,我使用的是2.x。

3.OpenGL ES部分

为了方便说明,我把OpenGL ES部分都写在一起了,代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_handspeaker_offscreentest_MyGles_draw
(JNIEnv*env,jobject obj)
{
const char*vertex_shader=vertex_shader_fix;
const char*fragment_shader=fragment_shader_simple;
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,);
glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glDepthFunc(GL_LESS);
glCullFace(GL_BACK);
glViewport(,,,);
GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
glShaderSource(vertexShader,,&vertex_shader,NULL);
glCompileShader(vertexShader);
GLuint fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader,,&fragment_shader,NULL);
glCompileShader(fragmentShader);
GLuint program = glCreateProgram();
glAttachShader(program, vertexShader);
glAttachShader(program, fragmentShader);
glLinkProgram(program);
glUseProgram(program);
GLuint aPositionLocation =glGetAttribLocation(program, "a_Position");
glVertexAttribPointer(aPositionLocation,,GL_FLOAT,GL_FALSE,,tableVerticesWithTriangles);
glEnableVertexAttribArray(aPositionLocation);
//draw something
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES,,);
eglSwapBuffers(eglDisp,eglSurface);
}

需要说明的是,绘制完成后,需要调用eglSwapBuffers(eglDisp,eglSurface)函数,因为在初始化EGL时默认设置的是双缓冲模式,即一份缓冲用于绘制图像,一份缓冲用于显示图像,每次显示时需要交换两份缓冲,把绘制好的图像显示出来。

上面openGL绘制需要的两个shader在此不写了,可供下载的demo里会有。

4.EGL资源释放

最后还差一个函数,用于EGL资源释放,代码如下:

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_handspeaker_offscreentest_MyGles_release
(JNIEnv*env,jobject obj)
{
eglMakeCurrent(eglDisp, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_CONTEXT);
eglDestroyContext(eglDisp, eglCtx);
eglDestroySurface(eglDisp, eglSurface);
eglTerminate(eglDisp); eglDisp = EGL_NO_DISPLAY;
eglSurface = EGL_NO_SURFACE;
eglCtx = EGL_NO_CONTEXT;
}

5.总结

大功告成,其实吃透了openGL ES的原理后,整个过程还是很简单的。为了测试是否真的做到了offscreen render,我们把framebuffer中的图片保存成图片,来检测结果。代码如下:

        RGBABuffer = IntBuffer.allocate(512 * 512);
MyGles.release();
MyGles.init();
MyGles.draw();
RGBABuffer.position(0);
GLES20.glReadPixels(0, 0, 512, 512,GLES20.GL_RGBA,GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE,RGBABuffer);
int[] modelData=RGBABuffer.array();
int[] ArData=new int[modelData.length];
int offset1, offset2;
for (int i = 0; i < 512; i++) {
offset1 = i * 512;
offset2 = (512 - i - 1) * 512;
for (int j = 0; j < 512; j++) {
int texturePixel = modelData[offset1 + j];
int blue = (texturePixel >> 16) & 0xff;
int red = (texturePixel << 16) & 0x00ff0000;
int pixel = (texturePixel & 0xff00ff00) | red | blue;
ArData[offset2 + j] = pixel;
}
}
Bitmap modelBitmap = Bitmap.createBitmap(ArData,512,512,Bitmap.Config.ARGB_8888);
saveBitmap(modelBitmap);

要注意的是,因为openGL ES framebuffer和图像通道的存储顺序不同,需要做一次ABGR到ARGB的转换。

一般来说,offscreen render的用处主要是做GPU加速,如果你的算法是计算密集型的,可以通过一些方法将其转化成位图形式,作为纹理(texture)载入到GPU显存中,再利用GPU的并行计算能力,对其进行处理,最后利用glReadPixels将计算结果读取到内存中。就说这么多吧,更多的用法还需要大家的发掘。

这里是demo下载链接

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