开始探索奇妙的 3D 世界了，OpenGL 搞起。
OpenGL 简介
OpenGL 是一种应用程序编程接口，它是一种可以对图形硬件设备特性进行访问的软件库。
重点：OpenGL 是一种接口，既然是接口，那么就必然要有实现。
事实上，它的实现是由显示设备厂商提供的，而且依赖于厂商提供的硬件设备。
OpenGL 常用于 CAD、虚拟实境、科学可视化程序和电子游戏开发。
在 Android 上开发 OpenGL 既可以使用 Java 也可以使用 C ，话不多说，撸起袖子就是干！
OpenGL 的绘制流程
学习 OpenGL 的绘制，最好还是先从 2D 绘制开始，逐渐过渡到 3D 绘制。
Android 为 OpenGL 的绘制提供了一个特定的视图GLSurfaceView，就像 SurfaceView 一样，它渲染绘制也可以在一个单独的线程中，而非主线程，毕竟 GLSurfaceView 就是继承自 SurfaceView 的。
在使用 GLSurfaceView 时，需要通过setRenderer方法给它设置一个渲染器，而主要的渲染工作就是由渲染器Renderer完成了。
通过继承GLSurfaceView.Renderer类来实现我们自己的渲染器程序，主要有如下三个方法：
onSurfaceCreated
当 GLSurfaceView 创建时调用，主要做一些准备工作。
onSurfaceChanged
当 GLSurfaceView 视图改变时调用，第一次创建时也会被调用。
onDrawFrame
每一帧绘制时被调用。
实现渲染器程序时，首先要考虑三个问题：
1.在什么地方进行绘制？
2.绘制成什么形状？
3.用什么颜色来绘制？
而我们的程序也主要以解决上述三个问题为主，下面以 OpenGL 绘制一个点来讲解。
OpenGL 坐标
手机屏幕的坐标是以左上角为原点（0，0），向右为 X 轴正方形，向下为 Y 轴正方向，而 OpenGL 也有着它自己的一套坐标定义。
假设我们定义了一个点的坐标（4.3，2.1），也就是它的 X 轴坐标和 Y 轴坐标，而 OpenGL 最后会把我们定义的坐标映射手机屏幕的实际物理坐标上。
无论是 X 坐标还是 Y 坐标，OpenGL 都会把手机屏幕映射到 [-1，1] 的范围内。也就是说：屏幕的左边对应 X 轴的 -1 ，屏幕的右边对应 +1，屏幕的底边会对应 Y 轴的 -1，而屏幕的顶边就对应 +1。
不管屏幕是什么形状和大小，这个坐标范围都是一样的，例如下图所示：
所以，上面定义的坐标（4.3，2.1），最后是会被映射到手机屏幕之外的，处于不可见的状态。
这里，假定绘制一个位于原点的点（0，0），那么映射之后的位置就手机屏幕的中心了。
基本图元
解决了位置的问题，接下来就是形状和颜色的问题。
如同 Android 的 Canvas 对象提供了一些方法来完成基本的绘制：drawPoint、drawRect、drawLine 等，OpenGL 程序也提供且仅提供了三种基本的图元来完成绘制。
点
线
三角形
其他的所有形状都是基于这三种图元来完成的，比如矩形就可以看成是两个三角形拼成的。
由于我们要绘制的是一个点，在坐标系中，一个坐标就可以代替一个点了。假设要绘制一个三角形，那么在坐标系中就需要三个点才行了。
接下来就涉及到 OpenGL 如何把定义的点的数据绘制出来了。
渲染管线
首先要明白一个概念渲染管线。
根据百度百科的定义，渲染管线也称为渲染流水线或像素流水线或像素管线，是显示芯片内部（GPU）处理图形信号相互独立的并行处理单元。
显卡的渲染管线就是显示核心的重要组成部分，是负责给图形配上颜色的一组专门通道。渲染管线的数量是决定显示芯片性能和档次的最重要的参数之一。
现阶段的显卡都是分为顶点渲染和像素渲染的。在显卡，内部分为两大区域，一个区域是顶点渲染单元（也叫顶点着色），主要负责描绘图形，也就是建立模型。一个区域是像素渲染管线，主要负责把顶点绘出的图形填上颜色。
上图就是 OpenGL 中渲染管线的一个处理流程。
可以看到，流程图从读取顶点数据开始，然后后执行两个着色器：
顶点着色器
主要负责描绘图形，也就是根据顶点坐标，建立图形模型。
片段着色器
主要负责把顶点绘出的图形填上颜色。
由于这两个着色器对于最后图形显示效果至关重要，并且它们还是可以通过编程来控制的，这也是为什么可编程渲染管线要优于固定编程管线了。
事实上，随着显示技术的发展，渲染管线将不复存在了，顶点着色器和渲染管线统一被流处理器（Stream Processors）所取代。
但是目前手机上 OpenGL 还是使用渲染管线中，有了渲染管线，我们就可以完成点的形状绘制和着色两大问题了，接下来的工作也是围绕这条渲染管线开始的。
内存拷贝
当定义完了顶点坐标，并且明确了下一步：顶点坐标将要通过渲染管线进行一系列处理，那么接下来就是如何把顶点坐标传递给渲染管线了。
OpenGL 的实现是由显示设备厂商提供的，它作为本地系统库直接运行在硬件上。而我们定义的顶点 Java 代码是运行在虚拟机上的，这就涉及到了如何把 Java 层的内存复制到 Native 层了。
一种方法是直接使用JNI开发，直接调用本地系统库，也就是用 C++ 来开发 OpenGL，这种实现肯定要学会的。
另一种方法就是在 Java 层把内存块复制到 Native 层。
使用ByteBuffer.allocateDirect()方法就可以分配一块 Native 内存，这块内存不会被 Java 的垃圾回收器管理。
它的使用方法大致都一样，抽出公共的模板：
// 声明一个字节缓冲区 FloatBuffer private FloatBuffer floatBuffer; // 定义顶点数据 float[] vertexData = new float[16]; // FloatBuffer 初始化工作并放入顶点数据 floatBuffer = ByteBuffer .allocateDirect(vertexData.length * Constant.BYTES_PRE_FLOAT) .order(ByteOrder.nativeOrder()) .asFloatBuffer() .put(vertexData); |
在allocateDirect方法分配了内存并指定了大小之后，下一步就是告诉 ByteBuffer 按照本地字节序组织它的内容。本地字节序是指，当一个值占用多个字节时，比如 32 位整型数，字节按照从最重要位到最不重要位或者相反顺序排列。
接下来asFloatBuffer方法可以得到一个反映底层字节的 FloatBuffer 类实例，避免直接操作单独的字节，而是使用浮点数。
最后，通过put方法就可以把数据从 Java 层内存复制到 Native 层了，当进程结束时，这块内存就会被释放掉。
顶点着色器
接下来可编程的部分了，定义着色器（Shader）程序。
使用不同的着色器对输入的图元数据执行计算操作，判断它们的位置、颜色，以及其他渲染属性。
首先是顶点着色器。
在渲染管线中传输的每个顶点坐标位置，OpenGL 都会调用一个顶点着色器来处理顶点相关的数据，这个处理过程可以很复杂，也可以很简单。
想要定义一个着色器程序，还要通过一种特殊的语言去编写：OpenGL Shading Language，简称GLSL.
GLSL语言类似于 C 语言或者 Java 语言，它的程序入口也是一个名为main的函数。关于 GLSL 的部分，完全可以单独写一篇博客了，暂时先不详细阐述。
下面就是一个简单的顶点着色器程序：
attribute vec4 a_Position; void main() { gl_Position = a_Position; gl_PointSize = 30.0; } |
着色器类似于一个函数调用的方式——数据传输进来，经过处理，然后再传输出去。
其中，gl_Position和gl_PointSize就是着色器中的特殊全局变量，它接收输入。
a_Position就是我们定义的一个变量，它是vec4类型的。而attribute只能存在于顶点着色器中，一般用于保存顶点数据，它可以在数据缓冲区中读取数据。
数据缓存区中的顶点坐标会赋值给 a_Position ，a_Position 会传递给 gl_Position。
而 gl_PointSize 则固定了点的大小为 30。
有了顶点着色器，就能够为每个顶点生成最终的位置，接下来就是定义片段着色器。
根据上图的渲染管线，顶点着色器到片段着色器之间，还要经过组装图元和光栅化图元。
光栅化技术
移动设备的显示屏由成百上千个小的、独立的部件组成，他们称为像素。每个像素通常由三个单独的子组件构成，它们发出红色、绿色和蓝色的光，因为每个像素都非常小，人的眼睛会把红色、绿色和蓝色的光混合在一起，从而创造出巨量的颜色范围。
OpenGL 就是通过 光栅化 技术的过程把每个点、直线及三角形分解成大量的小片段，它们可以映射到移动设备显示屏的像素上，从而生成一幅图像。这些片段类似于显示屏上的像素，每一个都包含单一的纯色。
如下图所示：
OpenGL 通过光栅化技术把一条直线映射为一个片段集合，显示系统通常会把这些片段直接映射到屏幕上的像素，结果一个片段就对应一个像素。
明白了这样的显示原理，就可以在其中做一些操作了，这就是片段着色器的功能了。
片段着色器
片段着色器的主要目的就是告诉 GPU 每个片段的最终颜色应该是什么。
对于基本图元的每个片段，片段着色器都会被调用一次，因此，如果一个三角形被映射到 10000 个片段，那么片段着色器就会被调用 10000 次。
下面就是一个简单的片段着色器程序：
precision mediump float; uniform vec4 u_Color; void main() { gl_FragColor = u_Color; } |
其中，gl_FragColor变量就是 OpenGL 最终渲染出来的颜色的全局变量，而u_Color就是我们定义的变量，通过在 Java 层绑定到 u_Color变量并给它赋值，就会传递到 Native 层的gl_FragColor中。
而第一行的mediump指的就是片段着色器的精度了，有三种可选，这里用中等精度就行了。uniform则表示该变量是不可变的了，也就是固定颜色了，目前显示固定颜色就好了。
编译 OpenGL 程序
明白了着色器的功能和光栅化技术之后，对渲染管线的流程也就更加清楚了，接下来就是编译 OpenGL 的程序了。
编译 OpenGL 程序基本流程如下：
编译着色器
创建 OpenGL 程序和着色器链接
验证 OpenGL 程序
确定使用 OpenGL 程序
编译着色器
创建新的文件编写着色器程序，然后再从文件以字符串的形式中读取文件内容。这样会比把着色器程序写成字符串的形式更加清晰。
当读取了着色器程序内容之后，就可以编译了。
// 编译顶点着色器 public static int compileVertexShader(String shaderCode) { return compileShader(GL_VERTEX_SHADER, shaderCode); } // 编译片段着色器 public static int compleFragmentShader(String shaderCode) { return compileShader(GL_FRAGMENT_SHADER, shaderCode); } // 根据类型编译着色器 private static int compileShader(int type, String shaderCode) { // 根据不同的类型创建着色器 ID final int shaderObjectId = glCreateShader(type); if (shaderObjectId == 0) { return 0; } // 将着色器 ID 和着色器程序内容连接 glShaderSource(shaderObjectId, shaderCode); // 编译着色器 glCompileShader(shaderObjectId); // 以下为验证编译结果是否失败 final int[] compileStatsu = new int[1]; glGetShaderiv(shaderObjectId, GL_COMPILE_STATUS, compileStatsu, 0); if ((compileStatsu[0] == 0)) { // 失败则删除 glDeleteShader(shaderObjectId); return 0; } return shaderObjectId; } |
以上程序主要就是通过glCreateShader方法创建了着色器 ID，然后通过glShaderSource连接上着色器程序内容，接下来通过glCompileShader编译着色器，最后通过glGetShaderiv验证是否失败。
glGetShaderiv函数比较通用，在着色器阶段和 OpenGL 程序阶段都会通过它来验证结果。
上文内容不用于商业目的，如涉及知识产权问题，请权利人联系博为峰小编(021-64471599-8017)，我们将立即处理。
