在Android*平台上设置原生OpenGLES*

Setting up Native OpenGL ES* on Android* Platforms final.docx
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摘要

本文具体介绍了在 Android 平台上创建原生 OpenGL ES 2.0 图形应用的基本步骤。 首先将讨论使用 Java* API 设置 OpenGL ES 2.0 应用的流程&＃xff0c;随后将介绍在共享库中使用原生渲染来转换应用。

注&＃xff1a;为了尽可能向更多的受众提供支持&＃xff0c;本文中未使用 IDE。 所有的项目创建、维护和部署均将通过 Google 提供的命令行工具集执行。

项目设置

如要创建默认的 Android 项目&＃xff0c;当出现命令提示符时执行下列命令。

注&＃xff1a; 具体的目标 ID 将取决于如何配置 Android SDK。 出现命令提示符时通过运行 android list targets 检索可用目标列表。

下列设置将用于该项目&＃xff1a;

--name DemoProject
--activity DemoProjectActivity
--package demo.project

Android 实用程序生成的项目是默认的“Hello World”项目。 在项目的根目录中时&＃xff0c;如果出现命令提示符&＃xff0c;通过运行 ant debug 来确认项目是否正常初始化。

添加 OpenGL ES 支持

Android 可直接向 Java 曝露 OpenGL ES API 以便应用开发人员使用。 我们将使用设置 OpenGL 的分类和方法来利用 Java API 或执行原生渲染。

因此&＃xff0c;我们将会预先讨论使用 Java API 渲染简单场景的详细情况。 接下来&＃xff0c;我们将会对示例应用进行修改以使用原生渲染。

卸载标题栏

运行 Hello World 应用时&＃xff0c;该应用的标题栏在运行中可见。 一般而言&＃xff0c;这种运行状况在编写 OpenGL ES 应用时不需要。

通过在 AndroidManifest.xml 文件中添加适当的活动标记主题属性可禁用该运行状况。

android:theme&＃61;â€?&＃64;android:style/Theme.NoTitleBar.Fullscreenâ€?

或者&＃xff0c;也可以在活动类的 onCreate 方法内运行下列代码。

requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN, WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN);

更换默认视图

Hello World 项目使用了 setContentView 的超载&＃xff0c;向 XML 资源中添加了资源标识符以压缩并设置为当前的活动视图。 必须使用能够渲染 OpenGL ES 文本的视图接口来更换该操作。 Android 可提供 Java 类 GLSurfaceView&＃xff0c;它可以压缩渲染接口和 EGL 显示。

您可以将 “res/layout/main.xml”文件从项目中删除&＃xff0c;因为该视图可通过编程方式创建。

GLSurfaceView

适用于 GLSurfaceView 的两种导入方法是 setEGLContextClientVersion 和 setRenderer。

setEGLContextClientVersion 方法可设置需要使用的 ES 版本。 对于该项目&＃xff0c;我们使用了 OpenGL ES 2.0。

渲染至环境由从 GLSurfaceView.Renderer 继承的类实例来控制。渲染器示例通过调用 setRenderer 方法来设置。

必须将 Activity 类的 onPause 和 onResume 覆盖才能够在 GLSurfaceView 类上分别调用方法来暂停/恢复渲染线程。

下列是完整的包含 GLSurfaceView 的 DemoActivity 类&＃xff1a;

public class DemoActivity extends Activity
{private GLSurfaceView view;&＃64;Overridepublic void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{super.onCreate(savedInstanceState);view &＃61; new GLSurfaceView();// Tell EGL to use a ES 2.0 Contextview.setupEGLContextClientVersion(2);// Set the rendererview.setRenderer(new DemoProjectRenderer());setContentView(view);}&＃64;Overrideprotected void onPause()
{super.onPause();view.onPause();}&＃64;Overrideprotected void onResume()
{super.onResume();view.onResume();}
}

GLSurfaceView.Renderer

从 GLSurfaceView.Renderer 继承的类负责向 OpenGL 环境中绘制。 GLSurfaceView.Renderer 曝露了三种必须在继承的类中执行的摘要方法&＃xff1a; onSurfaceCreated、onSurfaceChanged 和 onDrawFrame。

Android 应用暂停或挂起时&＃xff0c;OpenGL 环境以及所有与其相关的资源都将被破坏。 因此&＃xff0c;针对应用的初始化和资源加载应在 onSurfaceCreated 功能中处理。

注&＃xff1a;有一种方法 — setPreserveEGLContextOnPause — 可以让 EGL 跨越暂停/恢复界限来尝试和保存环境。 但是请注意&＃xff0c;这种功能依赖于硬件对多 EGL 环境的支持&＃xff0c;因此&＃xff0c;调用它并不能确保一定将环境保存。

演示项目将使用 Java OpenGL ES API 来清除颜色缓冲区的品红色。

针对演示项目从 GLSurfaceView.Renderer 得出的类如下所示&＃xff1a;

class DemoProjectRenderer implements GLSurfaceView.Renderer
{public void onDrawFrame(GL10 gl)
{gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT);}public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)
{ gl.glViewport(0, 0, width, height);}public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)
{
gl.glClearColor(1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);}
}

AndroidManifest.xml

清单文件应通过在清单元素下添加下列 XML 元素来指定对 OpenGL ES 2 的需求。

迁移至原生渲染

无需重新实现现有的代码部分来使用 Java 接口&＃xff0c;可以通过从 Java 类调用原生代码来利用现有的 C/C&＃43;&＃43; 代码库。 原生代码已编译至共享库&＃xff0c;并使用 APK 文件部署。

所有的原生代码都位于项目根目录中的 jni 文件夹下。

JNI 基础

原生代码通过 JNI 框架曝露至 Java 各类。 如欲了解 JNI 框架的具体解释&＃xff0c;请参阅http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html。

必须在载入程序中遵守 JNI 命名规则&＃xff0c;以便能够正确找到原生方法。 所有的原生方法&＃xff1a;

• 必须以前缀 Java_ 开始
• 然后使用完全限定的 mangled 类名
• 然后使用完全限定的 mangled 方法名

例如&＃xff0c;以下是一个简单的原生 C 函数&＃xff1a;

void nativeLibraryFunction(int width, int height);

如要在不修改现有函数的情况下将该方法暴露至 Java 代码&＃xff0c;请加入 JNI 头文件并创建可调用现有原生方法的封装方法。

#include
JNIEXPORT void JNICALL Java_demo_project_LibraryClass_LibraryFunctionWrapper(JNIEnv* env, jobject obj, jint width, jint height)
{
    nativeLibraryFunction(width, height);
}

上述函数假定面向项目的软件包是 demo.project&＃xff0c;并将使用名为 LibraryClass 的 Java 类来暴露原生函数。

在所有导出的 JNI 函数中第一个参数属于“JNIEnv*.”类型。该参数有多种功能&＃xff0c;其中最重要的是支持原生代码回调至 Java 代码。 本文中暂不讨论这种运行状况。

对于静态函数&＃xff0c; jobject 参数是调用 Java 类的参数。

其他的参数类型从 JNI 框架暴露。 对于内置 C 类型&＃xff0c;JNI 框架可自动控制转换。 对于阵列和复杂的类型&＃xff0c;请参考文档。

在 Java 端上必须导入共享库。 这可通过调用至 System.loadLibrary 来实现。这一般在面向该类的静态初始化器中完成。

此外&＃xff0c;类必须声明适用于导出方法的接口。 这些方法为静态&＃xff0c;并声明为本地。

class LibraryClass
{
    static
{
        System.loadLibrary("demo");
    }
    public static native void LibraryFunctionWrapper(int width, int height);
}

重要的一点是&＃xff0c;LibraryClass 名称与导出的原生方法暴露的名称一致。 此外&＃xff0c;需要将导出的功能的定义标记为本地。

此处&＃xff0c;库应遵守目标平台上的共享库规则。 对于基于 Unix 的目标&＃xff08;如 Android&＃xff09;&＃xff0c;库名称应以 “lib”为前缀并附加 “.so”。 对于基于 Windows* 的目标&＃xff0c;应附加扩展名“dll”。

注&＃xff1a; 对于复杂的函数声明&＃xff0c;Java 可提供实用程序 javah&＃xff0c;为原生函数生成头文件定义&＃xff08;考虑到 Java 类文件&＃xff09;。

现在&＃xff0c;您可从代码中的任何位置将该方法调用为静态 Java 方法。 对于具体的示例&＃xff0c;DemoProject 现可迁移至原生渲染。

迁移初始化代码

在项目 jni 文件夹中创建 C 文件。 此处&＃xff0c;该文件为“nativelibrary.c.”。

文件将会使用所有的原生 OpenGL ES 调用。

void InitializeOpenGL()
{glClearColor(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
}
void resizeViewport(int newWidth, int newHeight)
{glViewport(0, 0, newWidth, newHeight);
}
void renderFrame()
{glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

假定这些方法已存在于项目或静态库中。 如要使用这些方法 JNI&＃xff0c;需要为这三种方法中的每一种方法创建 JNI 封装方法。 这些方法可采用另一种 C 文件 jniExports.c。

JNIEXPORT void JNICALL Java_demo_project_SomeClass_init(JNIEnv*)
{InitializeOpenGL();
}
JNIEXPORT void JNICALL Java_demo_project_SomeClass_resize(JNIEnv*, jint width, jint height)
{resizeViewport(width, height);
}
JNIEXPORT void JNICALL Java_demo_project_SomeClass_render(JNIEnv*)
{renderFrame();
}

在 Java 端上&＃xff0c;导出的方法在库类中被声明。

class LibraryClass
{static
{System.loadLibrary("demo");}public static native void init();public static native void resize(int width, int height);public static native void render();
}

现在&＃xff0c;GLSurfaceView.Renderer 派生类已进行了修改以调用原生方法&＃xff1a;

class DemoProjectRenderer extends GLSurfaceView.Renderer
{public void onDrawFrame(GL10 gl)
{LibraryClass.render();}public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height)
{LibraryClass.resize(width, height);}public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config)
{LibraryClass.init();}
}

配置原生 Build

Android.mk

在 “jni”文件夹中&＃xff0c;创建了 “Android.mk”文件以指导 NDK 编译原生模块。 在粒子示例项目中使用的示例 Android.mk 如下所示&＃xff1a;

# Tell Android where to locate source files
# "my-dir" is a macro function which will return the path of the current
directory(where Android.mk resides)
LOCAL_PATH :&＃61; $(call my-dir)# Clear contents of the LOCAL_* variables
include $(CLEAR_VARS)# All the source files to include in this module
LOCAL_SRC_FILES :&＃61; nativeLibrary.c \jniExports.c # The name of the module
LOCAL_MODULE :&＃61; libdemo# Compilation flags
LOCAL_CFLAGS :&＃61; -Werror# Static libraries to link with
LOCAL_LDLIBS :&＃61; -llog –landroid -lGLESv2# Build the module
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

从命令提示符运行 ndk-build 命令以构建共享库。 这一步应在使用 ant 构建 Android 应用之前完成。

读取 APK 中的资产

访问资产是迁移至本地渲染需要特别关注的一个领域。 资产管理器从 Java 传送至原生代码。 例如&＃xff0c;在活动 onCreate 方法中&＃xff0c;添加了下列代码行&＃xff1a;

&＃64;Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
    super.onCreate(savedInstanceState);

    assetManager &＃61; getAssets();
    LibraryClass.initializeAssetManager(assetManager);

    view &＃61; new GLSurfaceView();

    // Tell EGL to use a ES 2.0 Context
    view.setupEGLContextClientVersion(2);

    // Set the renderer
    view.setRenderer(new DemoProjectRenderer());

    setContentView(view);
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_demo_project_LibraryClass_initializeAssetManager(JNIEnv* env, jobject obj, jobject assetManager)
{
    AAssetManager* mgr &＃61; AAssetManager_fromJava(env, assetManager);
}

AAssetManager_fromJava 函数由 NDK 提供&＃xff0c;可获取原生指针至资产管理器实例。 APK 中存储的资产可通过 AAssetManager API 访问。 关于使用 AAssetManager API 读取文件的示例&＃xff0c;请参阅粒子示例源代码中的 util/file.c。

粒子示例代码

上述文本详细介绍了在 Android 平台上启用原生 OpenGL ES 工作负载的一套基础步骤。 如欲了解更完整的示例&＃xff0c;适用于原生 OpenGL ES 2.0 粒子系统源代码可通过 http://software.intel.com/en-us/articles/Android-code-samples 获得。 与文档相关的源代码部分将在下文中进行介绍。

ParticlesActivity.java

本类储存了主要的应用活动。 它负责创建 GLSurfaceView 派生类&＃xff0c;以及通过调用 createAssetManager 将应用的资产管理器传送至原生 C 代码。

ParticlesView.java

在粒子示例中&＃xff0c;从 GLSurfaceView 中继承了一个明确的类来设置 OpenGL ES 客户端版本。 此外&＃xff0c;接口渲染作为内部类来实现。

ParticlesLib.java

本类可导入共享库并声明示例使用的三种原生方法&＃xff1a; init、step 和 createAssetManager。

Shared Library Code

示例中使用的共享库的代码位于 jni 目录下。

导出的 C 函数钩子位于 jni/gl_code.cpp 中。它们可暴露初始化、帧步骤和资产创建函数。 这些方法的实现位于 jni/App.c 中。

示例中使用的粒子系统位于 jni/Particles.c and jni/Particles.h 中。

位于示例中的其他文件是适用于数学函数、简单几何创建和纹理加载的实用程序方法。 该代码位于 jni/util 目录下。

值得特别关注的一个文件是读取资产数据的简单实用程序函数&＃xff0c;它可在 util/file.c 中找到。

关于作者

Chris Kirkpatrick 是就职于英特尔软件与服务事业部的软件应用工程师&＃xff0c;在个人设备外形&＃xff08;Personal Form Factors&＃xff09;部提供英特尔显卡解决方案支持。 他拥有俄勒冈州立大学计算机科学学士学位。

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