Android 创建一个 OpenGL 程序

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这是在 Android 设备上构建 OpenGL 程序系列文章的第一篇，本文的主要目的是说明如何构建一个简单的 OpenGL 程序。使用 OpenGL ES 2.0 进行开发。

本系列文章的示例代码地址：https://github.com/cmder/Demos/tree/main/OpenGLProject

这个程序非常简单：初始化 OpenGL 并不停地清空屏幕。

为什么要不停地清空屏幕呢？因为在每一帧中，我们都需要重新绘制场景。如果不清空屏幕，上一帧的内容会残留在屏幕上，导致视觉上的混乱。通过不断地清空屏幕，我们可以确保每一帧都是干净的，避免了这种问题。

使用 GLSurfaceView 初始化 OpenGL。GLSurfaceView 会处理 OpenGL 初始化过程中比较基本的操作，如配置显示设备(display) 以及在后台线程中渲染，渲染是在显示设备中一个称为 “surface” 的特定区域完成的，有时也成为视口（viewport）。

GLSurfaceView 提供了很多方法和 Android Activity 的生命周期方法关联，例如在 Activity 的 onPause() 方法中暂停渲染，在 onResume() 方法中恢复渲染等。

GLSurfaceView 实际上为自己创建了一个窗口(Window),并在视图层次（View Hierarchy）上穿了个“洞”，让底层的 OpenGL Surface 显示出来。对于大多数应用程序来说，这种方式足够简单且有效。但是 GLSurfaceView 与常规视图（view）不同，它没有动画或者变形特效，因为 GLSurfaceView 是窗口（Window）的一部分。

从 Android 4.0 Ice Cream Sandwich 开始，Android 提供了一个纹理视图（TextureView），它可以渲染 OpenGL 内容而不用创建单独的窗口或打洞了，这就意味着，TextureView 可以与其他视图（如 ImageView、Button 等）一起使用，支持动画和变形效果。但是，TextureView 没有内置的 OpenGL 初始化操作，想要使用 TextureView，一种方法是执行自定义的 OpenGL 初始化，并在 TextureView 的 Surface 中进行渲染,另一种方法是把 GLSurfaceView 的源代码拿出来，把它适配到 TextureView 中。

创建 GLSurfaceView 实例： 

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glSurfaceView = GLSurfaceView(this)

检查系统是否支持 OpenGL ES 2.0： 

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val activityManager: ActivityManager = getSystemService(ACTIVITY_SERVICE) as ActivityManager
val configurationInfo: ConfigurationInfo = activityManager.deviceConfigurationInfo
val supportsEs2: Boolean =
    configurationInfo.reqGlEsVersion >= 0x20000
            || (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.ICE_CREAM_SANDWICH_MR1
            && (Build.FINGERPRINT.startsWith("generic")
            || Build.FINGERPRINT.startsWith("unknown")
            || Build.MODEL.contains("google_sdk")
            || Build.MODEL.contains("Emulator")
            || Build.MODEL.contains("Android SDK built for x86")))

为 OpenGL ES 2.0 配置渲染表面： 

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if (supportsEs2) {
    glSurfaceView.setEGLContextClientVersion(2)
    glSurfaceView.setRenderer(OpenGLProjectRenderer())
    rendererSet = true
} else {
    Toast.makeText(this, "This device does not support OpenGL ES 2.0.",
        Toast.LENGTH_LONG).show();
    return;
}

setContentView(glSurfaceView)
当 surface 创建或者发生变化的时候，以及要绘制一幅新帧时，渲染器都会被 GLSurfaceView 调用。

处理 Android Activity 生命周期的事件: 

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override fun onPause() {
    super.onPause()
    if (rendererSet) {
        glSurfaceView.onPause()
    }
}

override fun onResume() {
    super.onResume()
    if (rendererSet) {
        glSurfaceView.onResume()
    }
}
这两个方法用于处理 Activity 的生命周期，当 Activity 暂停或恢复时，GLSurfaceView 也会相应地暂停或恢复渲染。这确保了在应用程序不在前台时，OpenGL 上下文被释放和恢复。

创建 Render 类: 

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class OpenGLProjectRenderer : GLSurfaceView.Renderer {
    /**
     * 程序第一次被运行的时候，Surface 被创建, GLSurfaceView 会调用这个方法。
     * 当设备被唤醒或者用户从其他 Activity 切换回来时，也会调用这个方法。
     */
    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        // 设置清空屏幕用的颜色
        glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f)
    }

    /**
     * Surface 创建后，每次 Surface 尺寸发生变化时，GLSurfaceView 会调用这个方法。
     * 横屏、竖屏来回切换的时候，Surface 的宽高会发生变化。
     */
    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        // 设置视口大小，告诉 OpenGL 可以用来渲染的 surface 的大小
        glViewport(0, 0, width, height);
    }

    /**
     * 当绘制一帧的时候，GLSurfaceView 会调用这个方法。在这个方法中，我们一定要绘制一些东西，
     * 即使没有任何可绘制的内容，也要调用 glClear() 方法清空颜色缓冲区。因为在这个方法返会后，
     * 渲染缓冲区会被交换并显示在屏幕上，如果什么都不绘制，屏幕上会残留上一帧的内容。
     */
    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        // 擦除屏幕的所有颜色，并用 glClearColor 定义的颜色填充
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    }
}

GLSurfaceView 会在一个单独的线程中调用渲染器的方法。默认情况下，GLSurfaceView 会以显示设备的刷新率不断进行渲染。它也可以配置为按请求渲染，只需要用调用GLSurfaceView.setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_WHEN_DIRTY)即可。

GLSurfaceView 在后台线程中执行渲染，就必须要小心，只能在这个线程中进行 OpenGL 的绘制操作，不能在主线程中进行。两个线程间的通信可以用如下方法：在主线程中的 GLSurfaceView.queueEvent() 方法中提交一个 Runnable 任务，在后台渲染线程中执行。渲染线程可以调用 Activity.runOnUiThread() 方法来传递事件（event）给主线程。

总结 ：本文介绍了如何在 Android 中创建一个 OpenGL 程序和清空屏幕的操作。