Android Graphic ： apk and Skia/OpenGL|ES

妖狐艹你老母 2022-09-28 14:25 7阅读 0赞

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**Android**  **apk**  里面的画图分为2D和3D两种：2D是由**Skia**  来实现的，也就是我们在框架图上看到的SGL，SGL也会调用部分**opengl**  的内容来实现简单的3D效果；3D部分是由OpenGL|ES实现的，OpenGL|ES是Opengl的嵌入式版本，我们先了解一下Android apk的几种画图方式，然后再来来看一看这一整套的图形体系是怎么建立的。  
      首先画图都是针对提供给**应用**  程序的一块内存填充**数据**  ， 没去研究过一个Activity是否就对应着底层的一个surface，但是应该都是对这块surface内存进行操作。因此说穿了就是我们要么调用2D 的API画图，要么调用3D的API画图，然后将画下来的图保存在这个内存中，最后这个内存里面的内容会被Opengl渲染以后变为可以在屏幕上的像素信 息。  
  
      一 、Apk应用主要关心的还是这些API的使用，在Android apk里面画图有2种方式 \[2D\]：  
      1、Simple Graphics in View  
      就是直接使用Android已经实现的一些画图操作，比如说images，shapes，colors，pre-defined animation等等，这些简单的画图操作实际上是由skia来提供的2D图形操作。使用这些预定义好的操作，我们可以实现诸如贴一张背景图啊，画出简 单地形状阿，实现一些简单的动画之类的操作。这里的简单可以这么理解，就是我们在这里没有一笔一画地构造出一个图形出来，我们只是把我们的**Graphic**  资源放入View体系中，由**系统**  来将这些Graphic画出来。举个例子：我们现在在Activity里面绑定一个ImageView，我们可以**设置**  这 个ImageView的内容是我们的picture，然后我们可以让这个picture整体颜色上来点蓝色调，然后我们还可以为这个ImageView加 入一个预定义动画，这样当系统要显示这个View的时候就会显示我们的picture，并且会有动画，并带有一个蓝色调，我们并没有自己去定义画图操作， 而是将这些内容放入View中，由系统来将这些内容画出来。这种方式只能画静态或者极为简单的2D图画，对于实时性很强的动画，高品质的游戏都是没法实现 的。  
      2、Canvas  
      首先我们要明白这个Canvas是一个2D的概念，是在Skia中定义的。也就是说在这个方式下还是说的画2D图形。我们可以把这个Canvas理解成系 统提供给我们的一块内存区域(但实际上它只是一套画图的API，真正的内存是下面的Bitmap)，而且它还提供了一整套对这个内存区域进行操作的方法， 所有的这些操作都是画图API。也就是说在这种方式下我们已经能一笔一划或者使用Graphic来画我们所需要的东西了，要画什么要显示什么都由我们自己 控制。这种方式根据环境还分为两种：一种就是使用普通View的canvas画图，还有一种就是使用专门的SurfaceView的canvas来画图。 两种的主要是区别就是可以在SurfaceView中定义一个专门的线程来完成画图工作，应用程序不需要等待View的刷图，提高性能。前面一种适合处理 量比较小，帧率比较小的动画，比如说象棋游戏之类的；而后一种主要用在游戏，高品质动画方面的画图。下面是这两种方式的典型sequence ：  
      2.1、View canvas  
      (1)  定义一个自己的View ：class your\_view extends View\{\}  ；  
      (2)  重载View的onDraw方法：protected void onDraw(Canvas canvas)\{\} ；  
      (3)  在onDraw方法中定义你自己的画图操作 ；  
              
       ps: 可以定义自己的Btimap：  
       Bitmap b = Bitmap.createBitmap(100, 100, Bitmap.Config.ARGB\_8888);  
       Canvas c = new Canvas(b);  
       但是必须将这个Bitmap放入View的canvas中，画的图才能显示出来：public void drawBitmap (Bitmap bitmap, Matrix matrix, Paint paint)  ；  
       invalidate()这个函数被调用后，系统会在不久的将来重新调用onDraw()函数，这个时间很短但并不是可预知的，我曾经在onDraw() 中写了一个if语句，利用validate让系统死循环调用onDraw刷两张图，几乎上这两张图是刷在一起的。  
  
      2.2、Surface View Canvas  
      (1)  定义一个自己的SurfaceView : class your\_surfaceview extends SurfaceView  implements SurfaceHolder.Callback() \{\}  ;  
      (2)  实现SurfaceHolder.Callback的3个方法surfaceCreated()   surfaceChanged()   surfaceDestroyed() ;  
      (3)  定义自己的专注于画图的线程  : class your\_thread extends Thread() \{\} ;  
      (4)  重载线程的run()函数  ［一般在run中定义画图操作，在surfaceCreated中启动这个线程］  
      (5)  画图的过程一般是这样的：  
            SurfaceHolder surfaceHolder = getHolder() ;          //取得holder，这个holder主要是对surface操作的适配，用户不具备对surface操作的权限  
            surfaceHolder.addCallback(this) ;                          //注册实现好的callback  
            Canvas canvas ＝ surfaceHolder.lockCanvas() ;      //取得画图的Canvas  
            /\*---------------------------------画图  
            \*\*-------------------------------- 画图结束\*/  
            surfaceHolder.unlockCanvasAndPost() ;                //提交并显示  
       
        所有前面3种方式的画图的一些例子在SDK上都有，写得也比较清楚，我这里就不说了，这里写一下我调这些代码过程一些小经验，应该主要涉及的是Activity这方面，应该以后都用得到：  
        首先是关于Eclipse的 ：  
        (1) ctrl ＋ shift ＋ O 可以自动添加需要的依赖包，这功能挺实用的觉得，还有alt + /是语法补全 ；  
        (2) 代码中右键比较实用的功能有很多，我记得的是F3找类的声明，F4找类的继承关系 ；  
        (3) 断点调试比较方便的，在Eclipse的右上交可以选择阅读代码的方式，还能经如debug模式，我现在用到的两个打log的方式：  
             Log.e("class", "value : "+ classname) ;    //检测class是否为空指针  
             Log.e(this.getClass().getName(), "notice message") ;  
        然后是关于Activity的 ：  
        (1) 首先尽量把UI的设计放在XML中实现，而不要放在代码中实现，这样方便设计，修改和移植 ；  
        (2) 所有使用到的component都必须在manifest中声明，不然程序中找不到相应的conponet的时候会报错 ；  
        (3) 一般每一个Activity都对应于一个类，和一个相应的布局文件xml ；  
        (4) 每一个Activity只有使用setContentView()绑定内容后才会显示，而且你才能从这个内容(比如xml中)获取到你需要的元素 ；  
        (5) res/drawable和res/raw中的元素的区别是drawable中的元素像素可能会被系统优化，而raw中的不会被优化 ；  
        (6) 当多个Activity都从res/drawable中获得同一个元素，如果其中一个修改它的属性，所有其他的Activity中这个元素的相应属性都会改变 ；  
        (7) res/anim中保存的是动画相关的xml ；  
  
         下面我们总结以下2D画图用到的包 ：  
          android.view                   //画图是在View中进行的  
          android.view.animation         //定义了一些简单的动画效果Tween Animation 和 Frame. Animation  
          android.graphics                  //定义了画图比较通用的API，比如canvas，paint，bitmap等  
          android.graphics.drawable       //定义了相应的Drawable(可画的东西)，比如说BitmapDrawable，PictureDrawable等  
          android.graphics.drawable.shapes          //定义了一些shape  
  
      二、了解了2D，我们再来看看3D的画图方式。3D画图SDK上讲得很简单，只是提了一个通用的方式，就是继承一个View，然后在这个View里面获得 Opengl的句柄进行画图，道理应该来说是和2D一样的，差别就是一个是使用2D的API画图，一个是使用3D的。不过因为3D openGl|ES具有一套本身的运行机制，比如渲染的过程控制等，因此Android为我们提供了一个专门的用在3D画图上的 GLSurfaceView。这个类被放在一个单独的包android.opengl里面，其中实现了其他View所不具备的操作：  
      (1) 具有OpenGL|ES调用过程中的错误跟踪，检查工具，这样就方便了Opengl编程过程的debug ；  
      (2) 所有的画图是在一个专门的Surface上进行，这个Surface可以最后被组合到android的View体系中 ；  
      (3) 它可以根据EGL的配置来选择自己的buffer类型，比如RGB565，depth＝16 (这里有点疑问，SurfaceHolder的类型是SURFACE\_TYPE\_GPU，内存就是从EGL分配过来的？)  
      (4) 所有画图的操作都通过render来提供，而且render对Opengl的调用是在一个单独的线程中  
      (5) Opengl的运行周期与Activity的生命周期可以协调  
      下面我们再看看利用GLSurface画3D图形的一个典型的Sequence  
      (1)  选择你的EGL配置(就是你画图需要的buffer类型) \[optional\] ：  
            setEGLConfigChooser(boolean)  
            setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser)   
            setEGLConfigChooser(int, int, int, int, int, int)  
      (2) 选择是否需要Debug信息 \[optional\] :  
           setDebugFlags(int)  
           setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper).  
      (3) 为GLSurfaceView注册一个画图的renderer ： setRenderer(GLSurfaceView.Renderer)  
      (4) 设置reander mode，可以为持续渲染或者根据**命令**  来渲染,默认是continuous rendering \[optional\]： setRenderMode(int)  
      这里有一个要注意的地方就是必须将Opengl的运行和Activity的生命周期绑定在一起，也就是说Activity pause的时候，opengl的渲染也必须pause。另外GLSurfaceView还提供了一个非常实用的线程间交互的函数 queueEvent(Runnable)，可以用在主线程和render线程之间的交互，下面就是SDK提供的范例：  
     class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView \{  
     private MyRenderer mMyRenderer;  
     public void start() \{  
         mMyRenderer = ...;  
         setRenderer(mMyRenderer);  
     \}  
     public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) \{  
         if (keyCode == KeyEvent.KEYCODE\_DPAD\_CENTER) \{  
             queueEvent(new Runnable() \{  
                 // This method will be called on the rendering  
                 // thread:  
                 public void run() \{  
                     mMyRenderer.handleDpadCenter();  
                 \}\});  
             return true;  
         \}  
         return super.onKeyDown(keyCode, event);  
      \}  
   \}  
     GLSurfaceView是Android提供的一个非常值得**学习**  的类，它实际上是一个如何在View中添加画图线程的例子，如何在**Java**  中使用线程的例子，如何添加事件队列的例子，一个使用SurfaceView画图的经典Sequence，一个如何定义Debug信息的例子，觉得把它看懂了可以学到很多**知识**  ，具体的源码在：/framworks/base/opengl/java/android/opengl/GLSurfaceView.java 。  
     3D的内容基本到这里基本讲完了，剩下的主要是如何使用Opengl API的问题了，可以看看API demo中简单的立方体，复杂的可以看看它那个魔方的实现。下面我们总结一下3D画图需要用到的包：  
     Android.opengl     //主要定义了GLSurfaceView  
     javax.microedition.khronos.egl   //java层的egl接口  
　  javax.microedition.khronos.opengles  //opengl　API  
![2d.jpg][]  
     三、了解了2D和3D基本的画图方法，我们再回过头来看看整个Android对Opengl和Ｓkia的调用层次关系  
　   3.1、首先来看2D，2D是主要使用的图形引擎，毕竟3D受制于其过高的硬件要求在手机上使用还是比较少，而且Skia也能部分实现类似于3D的效果， 因此可以说SKia实现了Android平台上绝大多数的图形工作。下面我们来看看从应用层到底层对skia的调用关系：  
    
     Android对skia的调用是一个比较**经典**  的调用过程，应用程序的几个包是在SDK中提供的；JNI放在框架的JNI目录下面的Graphic目录；skia是作为一个第三方组件放在external目录下面。我们可以稍微了解一下skia的结构：        
    ![skia.jpg][]  
     这里主要涉及到的3个库：  
     libcorecg.so  包含/skia/src/core的部分内容，比如其中的Region，Rect是在SurfaceFlinger里面计算可是区域的操作基本单位  
     libsgl.so        包含/skia/src/core|effects|images|ports|utils的部分和全部内容，这个实现了skia大部分的图形效果，以及图形格式的编解码  
     libskiagl.so   包含/skia/src/gl里面的内容，主要用来调用opengl实现部分效果  
     另外我看到/skia/src中有两个目录animator和view没有写入makefile的编译路径中，我觉得这两个目录是很重要的，不知道是现在Android还没使用到，还是用其他的方式加载进去的。  
     要想在底层使用skia的接口来画图需要全面了解skia的一整套机制，实际上skia开源到现在还没多久，在网上能找到的资料是也是很粗浅的，如果将来真需要在这方面下功夫肯定是需要一定的工作量的。  
     3.2、Android对3D的调用曾经让我迷惑了一段时间，因为在framewoks/base/core/jni这个目录一直没找到跟opengl相 关的内容，后面去仔细看看opengl里面的内容才知道Android把opengl的本地实现，JNI，java接口都放在/frameworks /base/opengl下面了，而且它内部还带了一个工具可以生成JNI代码。  
   ![3d.jpg][]  
     我们来看看opengl的目录结构：  
     /include     包含egl和gles所有的头**文件**   
     /java/android/opengl   这个目录包含的就是我们3D画图要使用到的GLSurfaceView  
     /java/com/google/android/gles\_jni   这个目录包含一些自动生成的文件  
     /java/javax/microedition/khronos/egl   这就是应用层使用到的egl接口  
     /java/javax/microedition/khronos/opengl  这就是应用层使用到的opengl接口  
     /libagl  这个就是opengl主要的实现了  
     /libs  这里面包含两个库的实现，一个是libegl.so 还有一个是libGL|ES\_CM.so  
     /tools  在我的理解这就是一个jni的生成工具  
     Opengl编程谁都知道是一个大工程，我觉得现在对3D的需求应该是很低的，很多效果我们使用skia也可以实现。所以我觉得将来的重点应该还是放在skia上面。

[2d.jpg]: /images/20220708/ef55110871ff4bd2903bf4d92bbc907e.png
[skia.jpg]: /images/20220708/702e115422c747d392067559195825df.png
[3d.jpg]: /images/20220708/cea74a9c62294e858e37ee3358b59748.png