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Android apk 裡面的畫圖分為2D和3D兩種:2D是由Skia 來實現的,也就是我們在架構圖上看到的SGL,SGL也會調用部分opengl 的內容來實現簡單的3D效果;3D部分是由OpenGL|ES實現的,OpenGL|ES是Opengl的嵌入式版本,我們先瞭解一下Android apk的幾種畫圖方式,然後再來來看一看這一整套的圖形體系是怎麼建立的。
首先畫圖都是針對提供給應用 程式的一塊記憶體填充資料 ,沒去研究過一個Activity是否就對應著底層的一個surface,但是應該都是對這塊surface記憶體進行操作。因此說穿了就是我們要麼調用2D 的API畫圖,要麼調用3D的API畫圖,然後將畫下來的圖儲存在這個記憶體中,最後這個記憶體裡面的內容會被Opengl渲染以後變為可以在螢幕上的像素資訊。 一 、Apk應用主要關心的還是這些API的使用,在Android apk裡面畫圖有2種方式 [2D]:
1、Simple Graphics in View
就是直接使用Android已經實現的一些畫圖操作,比如說images,shapes,colors,pre-defined animation等等,這些簡單的畫圖操作實際上是由skia來提供的2D圖形操作。使用這些預定義好的操作,我們可以實現諸如貼一張背景圖啊,畫出簡單地形狀阿,實現一些簡單的動畫之類的操作。這裡的簡單可以這麼理解,就是我們在這裡沒有一筆一畫地構造出一個圖形出來,我們只是把我們的Graphic 資源放入View體系中,由系統 來將這些Graphic畫出來。舉個例子:我們現在在Activity裡面綁定一個ImageView,我們可以設定 這個ImageView的內容是我們的picture,然後我們可以讓這個picture整體顏色上來點藍色調,然後我們還可以為這個ImageView加入一個預定義動畫,這樣當系統要顯示這個View的時候就會顯示我們的picture,並且會有動畫,並帶有一個藍色調,我們並沒有自己去定義畫圖操作,而是將這些內容放入View中,由系統來將這些內容畫出來。這種方式只能畫靜態或者極為簡單的2D圖畫,對於即時性很強的動畫,高品質的遊戲都是沒法實現的。
2、Canvas
首先我們要明白這個Canvas是一個2D的概念,是在Skia中定義的。也就是說在這個方式下還是說的畫2D圖形。我們可以把這個Canvas理解成系統提供給我們的一塊記憶體地區(但實際上它只是一套畫圖的API,真正的記憶體是下面的Bitmap),而且它還提供了一整套對這個記憶體地區進行操作的方法,所有的這些操作都是畫圖API。也就是說在這種方式下我們已經能一筆一划或者使用Graphic來畫我們所需要的東西了,要畫什麼要顯示什麼都由我們自己控制。這種方式根據環境還分為兩種:一種就是使用普通View的canvas畫圖,還有一種就是使用專門的SurfaceView的canvas來畫圖。兩種的主要是區別就是可以在SurfaceView中定義一個專門的線程來完成畫圖工作,應用程式不需要等待View的刷圖,提高效能。前面一種適合處理量比較小,幀率比較小的動畫,比如說象棋遊戲之類的;而後一種主要用在遊戲,高品質動畫方面的畫圖。下面是這兩種方式的典型sequence :
2.1、View canvas
(1) 定義一個自己的View :class your_view extends View{} ;
(2) 重載View的onDraw方法:protected void onDraw(Canvas canvas){} ;
(3) 在onDraw方法中定義你自己的畫圖操作 ;
ps: 可以定義自己的Btimap:
Bitmap b = Bitmap.createBitmap(100, 100, Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas c = new Canvas(b);
但是必須將這個Bitmap放入View的canvas中,畫的圖才能顯示出來:public void drawBitmap (Bitmap bitmap, Matrix matrix, Paint paint) ;
invalidate()這個函數被調用後,系統會在不久的將來重新調用onDraw()函數,這個時間很短但並不是可預知的,我曾經在onDraw() 中寫了一個if語句,利用validate讓系統死迴圈調用onDraw刷兩張圖,幾乎上這兩張圖是刷在一起的。 2.2、Surface View Canvas
(1) 定義一個自己的SurfaceView : class your_surfaceview extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback() {} ;
(2) 實現SurfaceHolder.Callback的3個方法surfaceCreated() surfaceChanged() surfaceDestroyed() ;
(3) 定義自己的專註於畫圖的線程 : class your_thread extends Thread() {} ;
(4) 重載線程的run()函數 [一般在run中定義畫圖操作,在surfaceCreated中啟動這個線程]
(5) 畫圖的過程一般是這樣的:
SurfaceHolder surfaceHolder = getHolder() ; //取得holder,這個holder主要是對surface操作的適配,使用者不具備對surface操作的許可權
surfaceHolder.addCallback(this) ; //註冊實現好的callback
Canvas canvas = surfaceHolder.lockCanvas() ; //取得畫圖的Canvas
/*---------------------------------畫圖
**-------------------------------- 畫圖結束*/
surfaceHolder.unlockCanvasAndPost() ; //提交並顯示
所有前面3種方式的畫圖的一些例子在SDK上都有,寫得也比較清楚,我這裡就不說了,這裡寫一下我調這些代碼過程一些小經驗,應該主要涉及的是Activity這方面,應該以後都用得到:
首先是關於Eclipse的 :
(1) ctrl + shift + O 可以自動添加需要的依賴包,這功能挺實用的覺得,還有alt + /是文法補全 ;
(2) 代碼中右鍵比較實用的功能有很多,我記得的是F3找類的聲明,F4找類的繼承關係 ;
(3) 斷點調試比較方便的,在Eclipse的右上交可以選擇閱讀代碼的方式,還能經如debug模式,我現在用到的兩個打log的方式:
Log.e("class", "value : "+ classname) ; //檢測class是否為空白指標
Log.e(this.getClass().getName(), "notice message") ;
然後是關於Activity的 :
(1) 首先盡量把UI的設計放在XML中實現,而不要放在代碼中實現,這樣方便設計,修改和移植 ;
(2) 所有使用到的component都必須在manifest中聲明,不然程式中找不到相應的conponet的時候會報錯 ;
(3) 一般每一個Activity都對應於一個類,和一個相應的布局檔案xml ;
(4) 每一個Activity只有使用setContentView()綁定內容後才會顯示,而且你才能從這個內容(比如xml中)擷取到你需要的元素 ;
(5) res/drawable和res/raw中的元素的區別是drawable中的元素像素可能會被系統最佳化,而raw中的不會被最佳化 ;
(6) 當多個Activity都從res/drawable中獲得同一個元素,如果其中一個修改它的屬性,所有其他的Activity中這個元素的相應屬性都會改變 ;
(7) res/anim中儲存的是動畫相關的xml ; 下面我們總結以下2D畫圖用到的包 :
android.view //畫圖是在View中進行的
android.view.animation //定義了一些簡單的動畫效果Tween Animation 和 Frame. Animation
android.graphics //定義了畫圖比較通用的API,比如canvas,paint,bitmap等
android.graphics.drawable //定義了相應的Drawable(可畫的東西),比如說BitmapDrawable,PictureDrawable等
android.graphics.drawable.shapes //定義了一些shape 二、瞭解了2D,我們再來看看3D的畫圖方式。3D畫圖SDK上講得很簡單,只是提了一個通用的方式,就是繼承一個View,然後在這個View裡面獲得 Opengl的控制代碼進行畫圖,道理應該來說是和2D一樣的,差別就是一個是使用2D的API畫圖,一個是使用3D的。不過因為3D openGl|ES具有一套本身的運行機制,比如渲染的過程式控制制等,因此Android為我們提供了一個專門的用在3D畫圖上的 GLSurfaceView。這個類被放在一個單獨的包android.opengl裡面,其中實現了其他View所不具備的操作:
(1) 具有OpenGL|ES調用過程中的錯誤跟蹤,檢查工具,這樣就方便了Opengl編程過程的debug ;
(2) 所有的畫圖是在一個專門的Surface上進行,這個Surface可以最後被組合到android的View體系中 ;
(3) 它可以根據EGL的配置來選擇自己的buffer類型,比如RGB565,depth=16 (這裡有點疑問,SurfaceHolder的類型是SURFACE_TYPE_GPU,記憶體就是從EGL分配過來的?)
(4) 所有畫圖的操作都通過render來提供,而且render對Opengl的調用是在一個單獨的線程中
(5) Opengl的運行周期與Activity的生命週期可以協調
下面我們再看看利用GLSurface畫3D圖形的一個典型的Sequence
(1) 選擇你的EGL配置(就是你畫圖需要的buffer類型) [optional] :
setEGLConfigChooser(boolean)
setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser)
setEGLConfigChooser(int, int, int, int, int, int)
(2) 選擇是否需要Debug資訊 [optional] :
setDebugFlags(int)
setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper).
(3) 為GLSurfaceView註冊一個畫圖的renderer : setRenderer(GLSurfaceView.Renderer)
(4) 設定reander mode,可以為持續渲染或者根據命令 來渲染,預設是continuous rendering [optional]: setRenderMode(int)
這裡有一個要注意的地方就是必須將Opengl的運行和Activity的生命週期綁定在一起,也就是說Activity pause的時候,opengl的渲染也必須pause。另外GLSurfaceView還提供了一個非常實用的線程間互動的函數 queueEvent(Runnable),可以用在主線程和render線程之間的互動,下面就是SDK提供的範例:
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提供的一個非常值得學習 的類,它實際上是一個如何在View中添加畫圖線程的例子,如何在Java 中使用線程的例子,如何添加事件隊列的例子,一個使用SurfaceView畫圖的經典Sequence,一個如何定義Debug資訊的例子,覺得把它看懂了可以學到很多知識 ,具體的源碼在:/framworks/base/opengl/java/android/opengl/GLSurfaceView.java 。
3D的內容基本到這裡基本講完了,剩下的主要是如何使用Opengl API的問題了,可以看看API demo中簡單的立方體,複雜的可以看看它那個魔方的實現。下面我們總結一下3D畫圖需要用到的包:
Android.opengl //主要定義了GLSurfaceView
javax.microedition.khronos.egl //java層的egl介面
javax.microedition.khronos.opengles //opengl API
三、瞭解了2D和3D基本的畫圖方法,我們再回過頭來看看整個Android對Opengl和Skia的調用層次關係
3.1、首先來看2D,2D是主要使用的圖形引擎,畢竟3D受制於其過高的硬體要求在手機上使用還是比較少,而且Skia也能部分實作類別似於3D的效果,因此可以說SKia實現了Android平台上絕大多數的圖形工作。下面我們來看看從應用程式層到底層對skia的調用關係:
Android對skia的調用是一個比較經典 的調用過程,應用程式的幾個包是在SDK中提供的;JNI放在架構的JNI目錄下面的Graphic目錄;skia是作為一個第三方組件放在external目錄下面。我們可以稍微瞭解一下skia的結構:
這裡主要涉及到的3個庫:
libcorecg.so 包含/skia/src/core的部分內容,比如其中的Region,Rect是在SurfaceFlinger裡面計算可是地區的操作基本單位
libsgl.so 包含/skia/src/core|effects|images|ports|utils的部分和全部內容,這個實現了skia大部分的圖形效果,以及圖形格式的編解碼
libskiagl.so 包含/skia/src/gl裡面的內容,主要用來調用opengl實現部分效果
另外我看到/skia/src中有兩個目錄animator和view沒有寫入makefile的編譯路徑中,我覺得這兩個目錄是很重要的,不知道是現在Android還沒使用到,還是用其他的方式載入進去的。
要想在底層使用skia的介面來畫圖需要全面瞭解skia的一整套機制,實際上skia開源到現在還沒多久,在網上能找到的資料是也是很粗淺的,如果將來真需要在這方面下功夫肯定是需要一定的工作量的。
3.2、Android對3D的調用曾經讓我迷惑了一段時間,因為在framewoks/base/core/jni這個目錄一直沒找到跟opengl相關的內容,後面去仔細看看opengl裡面的內容才知道Android把opengl的本地實現,JNI,java介面都放在/frameworks /base/opengl下面了,而且它內部還帶了一個工具可以產生JNI代碼。
我們來看看opengl的目錄結構:
/include 包含egl和gles所有的標頭檔
/java/android/opengl 這個目錄包含的就是我們3D畫圖要使用到的GLSurfaceView
/java/com/google/android/gles_jni 這個目錄包含一些自動產生的檔案
/java/javax/microedition/khronos/egl 這就是應用程式層使用到的egl介面
/java/javax/microedition/khronos/opengl 這就是應用程式層使用到的opengl介面
/libagl 這個就是opengl主要的實現了
/libs 這裡麵包含兩個庫的實現,一個是libegl.so 還有一個是libGL|ES_CM.so
/tools 在我的理解這就是一個jni的產生工具
Opengl編程誰都知道是一個大工程,我覺得現在對3D的需求應該是很低的,很多效果我們使用skia也可以實現。所以我覺得將來的重點應該還是放在skia上面。