OpenGL ES 3.0 | 围绕HelloTriangle实战案例 展开 渲染流程分析

案例运行（绘制一个三角形）的基本步骤

【可以先看看文末的代码，结合文章内容去看， 理解了整个流程之后再来看这个步骤，会容易很多】

• 用EGL创建屏幕上的渲染表面（Android直接用一个GLSurfaceView）
• 加载顶点、片段着色器
• 创建一个程序对象， 连接顶点、片段着色器， 并链接程序对象；
• 设置视口；
• 清除颜色缓冲区；
• 渲染简单图元
• 使颜色缓冲区的内容在EGL窗口表面（GLSurfaceView）中可见

着色器

• 在OpenGL ES 3.0中， 除非加载有效的顶点和片段着色器，否则不会绘制任何几何形状；
• OpenGL ES 3.0程序必须至少有 一个顶点着色器 和 一个片段着色器；
• 着色器示例代码：

代码语言：javascript复制

String vShaderStr =
         "#version 300 es             n"
             "in vec4 vPosition;           n"
           "void main()                  n"
           "{                            n"
           "   gl_Position = vPosition;  n"
           "}                            n";

顶点着色器

• 第一行： 声明使用的着色器版本， #version 300 es 表示 OpenGL ES着色语言V3.00；
• 这个顶点着色器声明一个输入属性数组——一个名为vPosition的4分量向量； Hello Triangle中的 Draw函数 将传入 要放在这个变量中的 每个顶点的位置。`
• 着色器从它生命的main函数开始执行；
• 实例着色器代码主题简单， vPosition输入属性 拷贝到 gl_Position的 特殊输出变量上； 每个顶点着色器 必须在 gl_Position变量中输出一个位置； 这个变量 定义 传递到管线下一个阶段的 `位置；

片段着色器

代码语言：javascript复制

String fShaderStr =
         "#version 300 es                               n"
           "precision mediump float;                        n"
           "out vec4 fragColor;                         n"
           "void main()                                  n"
           "{                                            n"
           "  fragColor = vec4 ( 0.0, 0.8, 1.0, 1.0 );  n"
           "}                                            n";      

• 第一行同顶点着色器（#version 300 es）；
• precision mediump float;声明 着色器中 浮点变量的 默认精度；
• 片段着色器 声明 一个输出变量fragColor，这是一个4分量的向量， 写入这个变量的值 将被 输出到 颜色缓冲区；
• 一般， 游戏或者应用程序不会像这个例子一样内嵌着色器源字符串； 实际开发中， 着色器从某种文本或者数据文件中加载，然后加载到API。

编译和加载着色器

• 以上是定义着色器源代码， 接着可以将着色器加载到OpenGL ES了；
• 实例代码中， HelloTriangleRenderer.java的 LoadShader()负责 加载着色器源码、编译并检查其错误；

代码语言：javascript复制

   ///
   // Create a shader object,
   // load the shader source, and
   // compile the shader,
   // finally,
   // return the shader`s id!
   // 【适用于 顶点着色器、片段着色器】
   //
   private int LoadShader ( int type, String shaderSrc )
   {
      int shader;
      int[] compiled = new int[1];

      // Create the shader object
      shader = GLES30.glCreateShader ( type );

      if ( shader == 0 )
      {
         return 0;
      }

      // Load the shader source
      // 加载 着色器代码
      GLES30.glShaderSource ( shader, shaderSrc );

      // Compile the shader
      // 编译 着色器代码
      GLES30.glCompileShader ( shader );

      // Check the compile status
      // 查看 着色器编译结果状态
      GLES30.glGetShaderiv ( shader, GLES30.GL_COMPILE_STATUS, compiled, 0 );

      //编译失败，则 报错 并 删除着色器实例
      if ( compiled[0] == 0 )
      {
         Log.e ( TAG, GLES30.glGetShaderInfoLog ( shader ) );
         GLES30.glDeleteShader ( shader );
         return 0;
      }

      //编译成功，则返回 着色器id
      return shader;
   }

• GLES30.glCreateShader ( type );返回一个着色器对象， 这是一个OpenGL ES 3.0对象，可用于连接到程序对象； glCreateShader ( type )指定着色器类型并创建着色器对象；
• GLES30.glShaderSource ( shader, shaderSrc ); 把 着色器源码 加载到 着色器对象；
• GLES30.glCompileShader ( shader ); 编译着色器；
• GLES30.glGetShaderiv ( shader, GLES30.GL_COMPILE_STATUS, compiled, 0 ); 查看 着色器编译结果状态； 编译失败，则 报错（打印错误信息） 并 删除着色器实例； 编译成功，则返回 着色器id，后续 用于连接到程序对象；

创建一个程序对象并链接着色器

• 应用程序 为顶点和片段着色器 创建了 着色器对象 之后， 就需要 创建一个 程序对象；
• 程序对象 可视为 最终链接的程序；
• 不同的 着色器 编译为 一个 着色器对象之后， 它们必须连接到 一个 程序对象 并一起链接，才能绘制图形；

代码语言：javascript复制

   ///
   // Initialize the shader and program object
   // 初始化 着色器 和 渲染管线程序
   //
   public void onSurfaceCreated ( GL10 glUnused, EGLConfig config )
   {
      String vShaderStr =
         "#version 300 es             n"
             "in vec4 vPosition;           n"
           "void main()                  n"
           "{                            n"
           "   gl_Position = vPosition;  n"
           "}                            n";

      String fShaderStr =
         "#version 300 es                               n"
           "precision mediump float;                        n"
           "out vec4 fragColor;                         n"
           "void main()                                  n"
           "{                                            n"
           "  fragColor = vec4 ( 0.0, 0.8, 1.0, 1.0 );  n"
           "}                                            n";

      int vertexShader;//加载好的 顶点着色器实例
      int fragmentShader;//加载好的 片段着色器实例
      int programObject;//自定义的渲染管线程序id
      int[] linked = new int[1];//存放链接成功 渲染管线程序id 的数组

      // Load the vertex/fragment shaders
      // 【调用 LoadShader() 】加载着色器实例
      vertexShader = LoadShader ( GLES30.GL_VERTEX_SHADER, vShaderStr );
      fragmentShader = LoadShader ( GLES30.GL_FRAGMENT_SHADER, fShaderStr );

      // Create the program object
      // 基于顶点着色器与片段着色器创建程序
      programObject = GLES30.glCreateProgram();

      //创建失败，就拜拜
      if ( programObject == 0 )
      {
         return;
      }

      //向程序中加入顶点着色器 片元着色器
      GLES30.glAttachShader ( programObject, vertexShader );
      GLES30.glAttachShader ( programObject, fragmentShader );

      // Bind vPosition to attribute 0
      GLES30.glBindAttribLocation ( programObject, 0, "vPosition" );

      // Link the program
      // 链接程序
      GLES30.glLinkProgram ( programObject );

      // Check the link status
      // 把链接成功的 渲染管线程序id 存入数组linked
      GLES30.glGetProgramiv ( programObject, GLES30.GL_LINK_STATUS, linked, 0 );

      //若链接失败则报错 并 删除程序
      if ( linked[0] == 0 )
      {
         Log.e ( TAG, "Error linking program:" );
         Log.e ( TAG, GLES30.glGetProgramInfoLog ( programObject ) );
         GLES30.glDeleteProgram ( programObject );
         return;
      }

      // Store the program object
      // 保存 链接成功的 渲染管线程序id 到 全局变量
      mProgramObject = programObject;

      //指定清除屏幕用的颜色
      GLES30.glClearColor ( 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f );
   }

至此，便完成了 编译着色器、检查编译错误、 创建程序对象、连接着色器、链接程序并检查链接错误等流程；

• 程序对象 成功链接之后， 就可使用 程序对象 进行渲染了！

代码语言：javascript复制

public void onDrawFrame ( GL10 glUnused )
   {
      // Set the viewport
      // viewport【窗口】
      GLES30.glViewport ( 0, 0, mWidth, mHeight );

      // Clear the color buffer
      GLES30.glClear ( GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT );

      // Use the program object
      // 指定使用某套shader程序
      GLES30.glUseProgram ( mProgramObject );

      // Load the vertex data
      // vertex【顶点】
      // 将顶点位置数据【mVertices】传送进 渲染管线
      GLES30.glVertexAttribPointer ( 0, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, mVertices );
      //启用顶点位置数据
      GLES30.glEnableVertexAttribArray ( 0 );

//      GLES30.glDrawArrays ( GLES30.GL_TRIANGLES, 0, 3 );
//      绘制
      GLES30.glDrawArrays ( GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 3 );
   }

• GLES30.glUseProgram ( mProgramObject ); 用于绑定程序对象，进行渲染； 程序对象调用glUseProgram ();之后， 所有后续的渲染 将用 链接到程序对象的 顶点着色器、片段着色器进行；

设置视口和清除颜色缓冲区

设置视口

• onDrawFrame()方法用于绘制帧；
• GLES30.glViewport ( 0, 0, mWidth, mHeight ); 通知OpenGL ES 用于绘制的2D渲染表面的原点、宽度和高度； 在OpenGL ES 中， 视口（Viewport） 定义所有 OpenGL ES 渲染操作 最终显示的 2D矩形； 视口 由 原点坐标（x,y）和宽度、高度 定义；

清除颜色缓冲区

• 设置视口之后，需要清除屏幕；

• 在OpenGL ES中， 绘图中涉及多种缓冲区类型：颜色、深度、模板；
• HelloTriangle案例中， 只向颜色缓冲区中绘制图形；
• 在每个帧的开始， 用GLES30.glClear ( GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT );清除颜色缓冲区； 缓冲区将用GLES30.glClearColor();指定的颜色清除； 在onSurfaceCreated()的初始化代码中， 我们已经用GLES30.glClearColor ( 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f ); 指定清除屏幕用的颜色为( 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f )了，即白色， 因此屏幕清为白色； 清除颜色的设置， 应该由应用程序在调用颜色缓冲区的GLES30.glClear()之前设置；

加载几何形状和绘制图元

加载几何形状

• 清除颜色缓冲区、设置视口和加载程序对象之后， 指定三角形的几何形状； 三角形的顶点由mVerticesData数组中的3个坐标（x,y,z）指定；

代码语言：javascript复制

private final float[] mVerticesData =
           { 0.0f, 0.5f, 0.0f,
             -0.5f, -0.5f, 0.0f,
             0.5f, -0.5f, 0.0f };

...

public HelloTriangleRenderer ( Context context )
   {
      mVertices = ByteBuffer.allocateDirect ( mVerticesData.length * 4 )
                  .order ( ByteOrder.nativeOrder() ).asFloatBuffer();
      mVertices.put ( mVerticesData ).position ( 0 );
   }

...

GLES30.glVertexAttribPointer ( 0, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, mVertices );
GLES30.glEnableVertexAttribArray ( 0 );
GLES30.glDrawArrays ( GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 3 );

• 顶点位置需要加载到GL， 并连接到 顶点着色器源码中 声明的 vPosition属性； 默认vPosition变量与输入属性位置0绑定 ——"layout(location = 0) in vec4 vPosition; n"； 顶点着色器中的每个属性都有一个由无符号整数值唯一标志的位置； 使用GLES30.glVertexAttribPointer (); 将顶点数据加载到 顶点变量值vPosition对应的输入属性位置 0上；

绘制图元

• 通过GLES30.glDrawArrays ( GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 3 ); 真正告诉OpenGL ES 绘制的图元是什么； 可选的图元有三角形、直线或者条带等；

显示后台缓冲区

• 最终最终一步， 将三角形绘制到帧缓冲区！

如何在屏幕上 真正显示帧缓冲区的内容 ——双缓冲区

项目代码

• 说了这么多，最后直接上代码吧； 其实这个案例要在Android Studio中编辑并运行的话，流程也不复杂， OpenGL ES 在SDK中是有封装好的API的，直接可以调用了； 不像OpenCV一样还需要进行外接库项目、配置各种环境；
• 本案例的话，只需要两个文件就可以直接运行了： 【当然，注意HelloTriangle 是一个Activity，需要在Manifest中注册】

代码语言：javascript复制

// Book:      OpenGL(R) ES 3.0 Programming Guide, 2nd Edition
// Authors:   Dan Ginsburg, Budirijanto Purnomo, Dave Shreiner, Aaftab Munshi
// ISBN-10:   0-321-93388-5
// ISBN-13:   978-0-321-93388-1
// Publisher: Addison-Wesley Professional
// URLs:      http://www.opengles-book.com
//            http://my.safaribooksonline.com/book/animation-and-3d/9780133440133
//

// Hello_Triangle
//
//    This is a simple example that draws a single triangle with
//    a minimal vertex/fragment shader.  The purpose of this
//    example is to demonstrate the basic concepts of
//    OpenGL ES 3.0 rendering.

package com.lwp.openglorigintest;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.FloatBuffer;

import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

import android.content.Context;
import android.opengl.GLES30;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.util.Log;

public class HelloTriangleRenderer implements GLSurfaceView.Renderer
{
   // Member variables
   private int mProgramObject;//自定义渲染管线程序id
   private int mWidth;
   private int mHeight;
   private FloatBuffer mVertices;
   private static String TAG = "HelloTriangleRenderer";

   private final float[] mVerticesData =
           { 0.0f, 0.5f, 0.0f,
             -0.5f, -0.5f, 0.0f,
             0.5f, -0.5f, 0.0f };

   ///
   // Constructor
   //
   public HelloTriangleRenderer ( Context context )
   {
      mVertices = ByteBuffer.allocateDirect ( mVerticesData.length * 4 )
                  .order ( ByteOrder.nativeOrder() ).asFloatBuffer();
      mVertices.put ( mVerticesData ).position ( 0 );
   }

   ///
   // Create a shader object,
   // load the shader source, and
   // compile the shader,
   // finally,
   // return the shader`s id!
   // 【适用于 顶点着色器、片段着色器】
   //
   private int LoadShader ( int type, String shaderSrc )
   {
      int shader;
      int[] compiled = new int[1];

      // Create the shader object
      shader = GLES30.glCreateShader ( type );

      if ( shader == 0 )
      {
         return 0;
      }

      // Load the shader source
      // 加载 着色器代码
      GLES30.glShaderSource ( shader, shaderSrc );

      // Compile the shader
      // 编译 着色器代码
      GLES30.glCompileShader ( shader );

      // Check the compile status
      // 查看 着色器编译结果状态
      GLES30.glGetShaderiv ( shader, GLES30.GL_COMPILE_STATUS, compiled, 0 );

      //编译失败，则 报错 并 删除着色器实例
      if ( compiled[0] == 0 )
      {
         Log.e ( TAG, GLES30.glGetShaderInfoLog ( shader ) );
         GLES30.glDeleteShader ( shader );
         return 0;
      }

      //编译成功，则返回 着色器id
      return shader;
   }

   ///
   // Initialize the shader and program object
   // 初始化 着色器 和 渲染管线程序
   //
   public void onSurfaceCreated ( GL10 glUnused, EGLConfig config )
   {
      String vShaderStr =
         "#version 300 es             n"
             "in vec4 vPosition;           n"
           "void main()                  n"
           "{                            n"
           "   gl_Position = vPosition;  n"
           "}                            n";

      String fShaderStr =
         "#version 300 es                               n"
           "precision mediump float;                        n"
           "out vec4 fragColor;                         n"
           "void main()                                  n"
           "{                                            n"
           "  fragColor = vec4 ( 0.0, 0.8, 1.0, 1.0 );  n"
           "}                                            n";

      int vertexShader;//加载好的 顶点着色器实例
      int fragmentShader;//加载好的 片段着色器实例
      int programObject;//自定义的渲染管线程序id
      int[] linked = new int[1];//存放链接成功 渲染管线程序id 的数组

      // Load the vertex/fragment shaders
      // 【调用 LoadShader() 】加载着色器实例
      vertexShader = LoadShader ( GLES30.GL_VERTEX_SHADER, vShaderStr );
      fragmentShader = LoadShader ( GLES30.GL_FRAGMENT_SHADER, fShaderStr );

      // Create the program object
      // 基于顶点着色器与片段着色器创建程序
      programObject = GLES30.glCreateProgram();

      //创建失败，就拜拜
      if ( programObject == 0 )
      {
         return;
      }

      //向程序中加入顶点着色器 片元着色器
      GLES30.glAttachShader ( programObject, vertexShader );
      GLES30.glAttachShader ( programObject, fragmentShader );

      // Bind vPosition to attribute 0
      GLES30.glBindAttribLocation ( programObject, 0, "vPosition" );

      // Link the program
      // 链接程序
      GLES30.glLinkProgram ( programObject );

      // Check the link status
      // 把链接成功的 渲染管线程序id 存入数组linked
      GLES30.glGetProgramiv ( programObject, GLES30.GL_LINK_STATUS, linked, 0 );

      //若链接失败则报错 并 删除程序
      if ( linked[0] == 0 )
      {
         Log.e ( TAG, "Error linking program:" );
         Log.e ( TAG, GLES30.glGetProgramInfoLog ( programObject ) );
         GLES30.glDeleteProgram ( programObject );
         return;
      }

      // Store the program object
      // 保存 链接成功的 渲染管线程序id 到 全局变量
      mProgramObject = programObject;

      //指定清除屏幕用的颜色
      GLES30.glClearColor ( 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f );
   }

   // /
   // Draw a triangle using the shader pair created in onSurfaceCreated()
   // 使用onSurfaceCreated()中创建好的 着色器对（一对顶点、片段着色器） 画一个三角形
   //
   public void onDrawFrame ( GL10 glUnused )
   {
      // Set the viewport
      // viewport【窗口】
      GLES30.glViewport ( 0, 0, mWidth/2, mHeight/2 );

      // Clear the color buffer
      GLES30.glClear ( GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT );

      // Use the program object
      // 指定使用某套shader程序
      GLES30.glUseProgram ( mProgramObject );

      // Load the vertex data
      // vertex【顶点】
      // 将顶点位置数据【mVertices】传送进 渲染管线
      GLES30.glVertexAttribPointer ( 0, 3, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, mVertices );
      //启用顶点位置数据
      GLES30.glEnableVertexAttribArray ( 0 );

//      GLES30.glDrawArrays ( GLES30.GL_TRIANGLES, 0, 3 );
//      绘制
      GLES30.glDrawArrays ( GLES30.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 3 );
   }

   // /
   // Handle surface changes
   //
   public void onSurfaceChanged ( GL10 glUnused, int width, int height )
   {
      mWidth = width;
      mHeight = height;
   }
}

代码语言：javascript复制

package com.lwp.openglorigintest;

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.os.Bundle;

import android.app.Activity;
import android.app.ActivityManager;
import android.content.Context;
import android.content.pm.ConfigurationInfo;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;

public class HelloTriangle extends AppCompatActivity {

    private final int CONTEXT_CLIENT_VERSION = 3;

    @Override
    protected void onCreate ( Bundle savedInstanceState )
    {
        super.onCreate ( savedInstanceState );
        mGLSurfaceView = new GLSurfaceView ( this );

        if ( detectOpenGLES30() )
        {
            // Tell the surface view we want to create an OpenGL ES 3.0-compatible
            // context, and set an OpenGL ES 3.0-compatible renderer.
            mGLSurfaceView.setEGLContextClientVersion ( CONTEXT_CLIENT_VERSION );
            mGLSurfaceView.setRenderer ( new HelloTriangleRenderer ( this ) );
        }
        else
        {
            Log.e ( "HelloTriangle", "OpenGL ES 3.0 not supported on device.  Exiting..." );
            finish();

        }

        setContentView ( mGLSurfaceView );
    }

    private boolean detectOpenGLES30()
    {
        ActivityManager am =
                ( ActivityManager ) getSystemService ( Context.ACTIVITY_SERVICE );
        ConfigurationInfo info = am.getDeviceConfigurationInfo();
        return ( info.reqGlEsVersion >= 0x30000 );
    }

    @Override
    protected void onResume()
    {
        // Ideally a game should implement onResume() and onPause()
        // to take appropriate action when the activity looses focus
        super.onResume();
        mGLSurfaceView.onResume();
    }

    @Override
    protected void onPause()
    {
        // Ideally a game should implement onResume() and onPause()
        // to take appropriate action when the activity looses focus
        super.onPause();
        mGLSurfaceView.onPause();
    }

    private GLSurfaceView mGLSurfaceView;
}

然后就可以运行了：

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参考自：

• 《OPENGL ES 3.0编程指南（第2版）》

es ecmascript opengl api 打包

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