OpenglEs之EGL环境搭建

前言

前面我们发布了一系列的入门教程，例如C++系列的指针扫盲、多线程的使用等，JNI入门系列，ffmpeg入门系列等，有感兴趣的童鞋们可以关注往回自行查阅。

今天我们的主题依然是音视频开发的范畴，做过音视频开发的都知道Opengl也是音视频开发中的一项重要技能，特别是涉及到视频录制、特效处理、画质渲染细分功能。因此后续笔者打算再出一系列的Opengl ES的学习笔记， 希望能与大家共同温故知新。

因为前面介绍了一些NDK和C++的教程，所以为了巩固，后续的一些demo多以NDK的形式呈现给大家，使用Opengl ES3的版本。

今天我们的主题是Opengl ES的第一篇-->EGL

EGL是什么

众所周知，Opengl是跨平台的，那么面对各种平台的差异性，Opengl是如何抹平而做到跨平台的呢？这也许就是EGL的功劳吧，简单地说EGL就是Opengl和平台各平台之间的一个适配器，是一系列的接口，具体实现是由具体的设备厂商实现的。

EGL 是渲染 API（如 OpenGL ES）和原生窗口系统之间的接口.通常来说，OpenGL 是一个操作 GPU 的 API，它通过驱动向 GPU 发送相关指令，控制图形渲染管线状态机的运行状态，但是当涉及到与本地窗口系统进行交互时，就需要这么一个中间层，且它最好是与平台无关的, 因此 EGL 被设计出来，作为 OpenGL 和原生窗口系统之间的桥梁。

Opengl与EGL的关系图

EGL API 是独立于 OpenGL 各版本标准的独立的一套 API，其主要作用是为 OpenGL 指令 创建上下文 Context 、绘制目标 Surface 、配置 FrameBuffer 属性、Swap 提交绘制结果等。EGL提供如下机制：

• 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

下面这张图可简要看出EGL的接口能力：

EGL创建流程

想要在安卓上使用Opengl ES我们可以直接使用GLSurfaceView来进行Opengl的渲染，因为GLSurfaceView内部给我们封装好了EGL环境和渲染线程。如果我们想要更高的拓展性，我们也使用SurfaceView，然后参考SurfaceView中的EGL环境搭建、线程模型来 自行搭建Opengl ES的渲染环境。

本着学习探索的目的，我们尝试在NDK搭建EGL环境。

下面这张图展示的是安卓系统上EGL的主要使用API：

需要说明的一点是EGL是单线程模型的，也就说说EGL环境的创建、渲染操作、EGL环境的销毁都必须在同一个线程内完成，否则是无效的。当然我们可以通过共享EGL上下文来做多多线程渲染，但这些都是后话了...

任何OpenGL ES应用程序都必须在开始渲染之前使用EGL执行如下任务：

1. 查询并初始化设备商可用的显示器。
2. 创建渲染表面。
   EGL中创建的表面可以分类为屏幕上的表面或者屏幕外的表面。屏幕上的表面连接到原生窗口系统，而屏幕外的表面是不显示但是可以用作渲染表面的像素缓冲区。这些表面可以用来渲染纹理，并可以在多个Khronos API之间共享。
3. 创建渲染上下文。
   EGL是创建OpenGL ES渲染上下文所必需的。这个上下文必须连接到合适的表面才能开始渲染。

下面是EGL环境创建的主要流程：

说完烦躁的基础理论，那就放码过来吧!!!

使用Android Studio创建一个Native工程，然后配置好CMakeLists.txt引入相关库：

cmake_minimum_required(VERSION 3.18.1)

project("learn")

#找到包含所有的cpp文件
file(GLOB allCpp *.cpp **/**.cpp **/**/**.cpp  **/**/**/**.cpp  **/**/**/**/**.cpp)

add_library( # Sets the name of the library.
        # 库名称
        learn

        SHARED

        ${allCpp})

target_link_libraries(
        learn
        # 引入egl
        egl
        # 引入gles 3
        GLESv3
        # 安卓相关库
        android
        # 安卓log
        log)

下面我们创建一个与Native映射的EGLHelper类：

package com.fly.opengles.learn.egl;

import android.view.Surface;

public class EGLHelper {
    protected long nativePtr;

    public void surfaceCreated(Surface surface) {
        nativePtrInit();
        n_surfaceCreated(nativePtr,surface);
    }

    public void surfaceChanged(int width, int height) {
        nativePtrInit();
        n_surfaceChanged(nativePtr,width,height);
    }

    public void surfaceDestroyed() {
        if(nativePtr != 0){
            n_surfaceDestroyed(nativePtr);
            nativePtr = 0;
        }
    }

    private void nativePtrInit(){
        if(nativePtr == 0){
            nativePtr = n_nativePtrInit();
        }
    }

    private native long n_nativePtrInit();
    private native void n_surfaceCreated(long nativePtr,Surface surface);
    private native void n_surfaceChanged(long nativePtr,int width, int height);
    private native void n_surfaceDestroyed(long nativePtr);
}

然后自定义一个MySurfaceView继承于SurfaceView，在它的Callback回调方法中对EGL进行操作：

public class MySurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {

    private EGLHelper eglHelper;

    public MySurfaceView(Context context) {
        this(context,null);
    }

    public MySurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        eglHelper = new EGLHelper();
        getHolder().addCallback(this);
    }

    @Override
    public void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {
        eglHelper.surfaceCreated(surfaceHolder.getSurface());
    }

    @Override
    public void surfaceChanged(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder, int i, int w, int h) {
        eglHelper.surfaceChanged(w,h);
    }

    @Override
    public void surfaceDestroyed(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {
        eglHelper.surfaceDestroyed();
    }
}

测试效果时，我们在布局中使用我们自定义好MySurfaceView即可，自此java层代码编写完毕，在NDK层我们将EGL环境创建完毕后即可通过MySurfaceView看到渲染结果。

为了方便调试和debug，我们定义Log.h日志工具：

#ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_LOG_H
#define NDK_OPENGLES_LEARN_LOG_H

#include "android/log.h"

#define LOGD(FORMAT, ...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "fly_learn_opengl", FORMAT, ##__VA_ARGS__);
#define LOGE(FORMAT, ...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "fly_learn_opengl", FORMAT, ##__VA_ARGS__);

#endif //NDK_OPENGLES_LEARN_LOG_H

将EGL的相关操作封装在类C++的类EglHelper中：

EglHelper.h

#ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_EGLHELPER_H
#define NDK_OPENGLES_LEARN_EGLHELPER_H

#include "EGL/egl.h"

class EglHelper {

public:
    EGLDisplay  mEglDisplay;
    EGLSurface  mEglSurface;
    EGLConfig  mEglConfig;
    EGLContext mEglContext;

public:
    EglHelper();
    ~EglHelper();
    int initEgl(EGLNativeWindowType win);
    int swapBuffers();
    void destroyEgl();
};


#endif

EglHelper.cpp主要实现如下，EGL的主要创建过程在函数initEgl中，具体看注释：

#include "EglHelper.h"
#include "../utils/Log.h"

EglHelper::EglHelper() {

    mEglDisplay = EGL_NO_DISPLAY;
    mEglSurface = EGL_NO_SURFACE;
    mEglContext = EGL_NO_CONTEXT;
    mEglConfig = NULL;
}

EglHelper::~EglHelper() {
    destroyEgl();
}

int EglHelper::initEgl(EGLNativeWindowType window) {

    //1、获取显示设备
    mEglDisplay = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
    if(mEglDisplay == EGL_NO_DISPLAY)
    {
        LOGE("eglGetDisplay error");
        return -1;
    }
    // 2、 EGL初始化
    EGLint *version = new EGLint[2];
    if(!eglInitialize(mEglDisplay, &version[0], &version[1]))
    {
        LOGE("eglInitialize error");
        return -1;
    }

    //3、 资源配置，例如颜色位数等
    const EGLint attribs[] = {
            EGL_RED_SIZE, 8,
            EGL_GREEN_SIZE, 8,
            EGL_BLUE_SIZE, 8,
            EGL_ALPHA_SIZE, 8,
            EGL_DEPTH_SIZE, 8,
            EGL_STENCIL_SIZE, 8,
            EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,
            EGL_NONE
    };

    EGLint num_config;
    if(!eglChooseConfig(mEglDisplay, attribs, NULL, 1, &num_config))
    {
        LOGE("eglChooseConfig  error 1");
        return -1;
    }

    //4、ChooseConfig
    if(!eglChooseConfig(mEglDisplay, attribs, &mEglConfig, num_config, &num_config))
    {
        LOGE("eglChooseConfig  error 2");
        return -1;
    }

    // 5、创建上下文
    int attrib_list[] = {
            EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
            EGL_NONE
    };

    mEglContext = eglCreateContext(mEglDisplay, mEglConfig, EGL_NO_CONTEXT, attrib_list);

    if(mEglContext == EGL_NO_CONTEXT)
    {
        LOGE("eglCreateContext  error");
        return -1;
    }

    //6、创建渲染的Surface
    mEglSurface = eglCreateWindowSurface(mEglDisplay, mEglConfig, window, NULL);
    if(mEglSurface == EGL_NO_SURFACE)
    {
        LOGE("eglCreateWindowSurface  error");
        return -1;
    }

    // 7、使用
    if(!eglMakeCurrent(mEglDisplay, mEglSurface, mEglSurface, mEglContext))
    {
        LOGE("eglMakeCurrent  error");
        return -1;
    }
    LOGD("egl init success! ");
    return 0;
}

int EglHelper::swapBuffers() {

    if(mEglDisplay != EGL_NO_DISPLAY && mEglSurface != EGL_NO_SURFACE)
    {
        if(eglSwapBuffers(mEglDisplay, mEglSurface))
        {
            return 0;
        }
    }
    return -1;
}

void EglHelper::destroyEgl() {

    if(mEglDisplay != EGL_NO_DISPLAY)
    {
        eglMakeCurrent(mEglDisplay, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_CONTEXT);
    }
    if(mEglDisplay != EGL_NO_DISPLAY && mEglSurface != EGL_NO_SURFACE)
    {
        eglDestroySurface(mEglDisplay, mEglSurface);
        mEglSurface = EGL_NO_SURFACE;
    }
    if(mEglDisplay != EGL_NO_DISPLAY && mEglContext != EGL_NO_CONTEXT){
        eglDestroyContext(mEglDisplay, mEglContext);
        mEglContext = EGL_NO_CONTEXT;
    }
    if(mEglDisplay != EGL_NO_DISPLAY)
    {
        eglTerminate(mEglDisplay);
        mEglDisplay = EGL_NO_DISPLAY;
    }
}

自己EGL环境创建完毕，我们通过JNI调用起来看看效果，native-lib.cpp：

#include <jni.h>
#include <string>
#include "eglhelper/EglHelper.h"
#include <cstdint>
#include "android/native_window.h"
#include "android/native_window_jni.h"
#include "GLES3/gl3.h"

jlong eglHelperNativePtrInit(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    EglHelper *eglHelper = new EglHelper();
    return reinterpret_cast<uintptr_t>(eglHelper);
}

void eglSurfaceCreated(JNIEnv *env, jobject thiz,jlong native_ptr, jobject surface) {
    if(native_ptr != 0){
        EglHelper *eglHelper = reinterpret_cast<EglHelper *>(native_ptr);
        ANativeWindow *nativeWindow = ANativeWindow_fromSurface(env, surface);
        eglHelper->initEgl(nativeWindow);
    }
}

void eglSurfaceChanged(JNIEnv *env, jobject thiz,jlong native_ptr, jint width,jint height) {

    if(native_ptr != 0){
        //设置视口大小
        glViewport(0, 0, width, height);
        // 绿色清屏
//        glClearColor(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
        // 蓝色清屏
        glClearColor(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        EglHelper *eglHelper = reinterpret_cast<EglHelper *>(native_ptr);
        eglHelper->swapBuffers();
    }
}

void eglSurfaceDestroyed(JNIEnv *env, jobject thiz,jlong native_ptr) {
    if(native_ptr != 0){
        EglHelper *eglHelper = reinterpret_cast<EglHelper *>(native_ptr);
        delete eglHelper;
    }
}

static JNINativeMethod nativeMethod_EGLHelper[] = {
        // Java中的函数名
        {"n_nativePtrInit",
                // 函数签名信息
         "()J",
                // native的函数指针
         (jlong *) (eglHelperNativePtrInit)},

        {"n_surfaceCreated",
                // 函数签名信息
         "(JLandroid/view/Surface;)V",
                // native的函数指针
         (void *) (eglSurfaceCreated)},

        {"n_surfaceChanged",
                // 函数签名信息
         "(JII)V",
                // native的函数指针
         (void *) (eglSurfaceChanged)},

        {"n_surfaceDestroyed",
                // 函数签名信息
         "(J)V",
                // native的函数指针
         (void *) (eglSurfaceDestroyed)},
};

static int RegisterNativeMethods(JNIEnv *env, const char *className, JNINativeMethod *methods, int methodNum)
{
    jclass clazz = env->FindClass(className);
    if (clazz == NULL)
    {
        return JNI_FALSE;
    }
    if (env->RegisterNatives(clazz, methods, methodNum) < 0)
    {
        return JNI_FALSE;
    }
    return JNI_TRUE;
}

// 类库加载时自动调用
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reversed)
{
    JNIEnv *env = NULL;
    // 初始化JNIEnv
    if(vm->GetEnv(reinterpret_cast<void **>(&env), JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK){
        return JNI_FALSE;
    }
    // 动态注册
    RegisterNativeMethods(env,"com/fly/opengles/learn/egl/EGLHelper",nativeMethod_EGLHelper,sizeof(nativeMethod_EGLHelper) / sizeof(JNINativeMethod) );
    // 返回JNI使用的版本
    return JNI_VERSION_1_6;
}

上述native-lib.cpp涉及到了之前介绍过的JNI函数签名、动态注册等相关知识点，忘记了的童鞋可往回看之前的记录。

如无意外，运行看到的是一个蓝屏画面则说明EGL环境搭建成功了，后续开启你的Opengl炫酷之旅吧!!!

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