1. GlSurfaceView是什么

GlSurfaceView是Android中的一个类，继承自SurfaceView，是用于显示OpenGL ES图形渲染的一个View。
OpenGL ES是一种跨平台的图形API，用于渲染2D和3D图形，也可以将相机的画面显示到GlSurfaceView上，从而实现滤镜的效果。
GlSurfaceView提供了一个可以在Android应用程序中绘制OpenGL ES图形的接口，允许开发者将复杂的3D图形、动画和视觉效果嵌入到应用程序中。
GlSurfaceView处理了OpenGL ES渲染环境的创建、维护和更新，以及与其他Android视图和事件系统的交互。

2. android中怎使用GlSurfaceview

2.1 添加OpenGL ES版本支持

新建Android项目，在AndroidManifest.xml文件中，添加 OpenGL ES 版本支持。例如，要使用 OpenGL ES 2.0，请添加以下代码：

<uses-feature android:glEsVersion="0x00020000" android:required="true" />

如果需要使用 OpenGL ES 3.0 则需要以下声明：0x00030000
如果需要使用 OpenGL ES 3.2 则需要以下声明：0x00030002

2.2 新建自定义的GlSurfaceView

新建一个MyGlSurfaceView类，继承自 GLSurfaceView，并进行初始化

import android.content.Context
import android.opengl.GLSurfaceView
import android.util.AttributeSet

class MyGLSurfaceView(context: Context, attrs: AttributeSet) : GLSurfaceView(context, attrs) {

    init {
        // 设置 OpenGL ES 版本
        setEGLContextClientVersion(2)

        // 设置渲染器
        val renderer = MyGLRenderer()
        setRenderer(renderer)
    }
}

2.3 新建自定义的Renderer

创建一个自定义的渲染器MyRenderer类，实现 GLSurfaceView.Renderer 接口，并实现其中的方法

class MyGLRenderer : GLSurfaceView.Renderer {
    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        //设置清除屏幕时使用的颜色
        GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)
    }

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        // 清除屏幕
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT)
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        // 设置视口大小
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height)
    }
}

2.4 使用MyGLSurfaceView

在 Activity的xml中使用MyGLSurfaceView

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<FrameLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">

    <com.heiko.myglsurfaceviewtest.MyGLSurfaceView
        android:id="@+id/gl_surface_view"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent" />

</FrameLayout>

2.5 运行看下效果

运行后，可以看到一个使用 OpenGL ES 绘制的黑色屏幕

3. 在自定义的MyGLRenderer中绘制三角形

3.1 添加顶点着色器和片段着色器的代码

在 MyGLRenderer 类中，添加顶点着色器和片段着色器的代码。在这里，我们创建一个简单的顶点着色器和片段着色器，它们将顶点位置传递给渲染管线并使用固定颜色进行渲染：

private val vertexShaderCode = "attribute vec4 vPosition;" +
        "void main() {" +
        "  gl_Position = vPosition;" +
        "}"

private val fragmentShaderCode = "precision mediump float;" +
        "uniform vec4 vColor;" +
        "void main() {" +
        "  gl_FragColor = vColor;" +
        "}"

3.2 添加编译和链接着色器的方法

在 MyGLRenderer 类中，添加一个方法来编译和链接着色器，然后返回着色器程序的 ID

private fun loadShaderProgram(vertexCode: String, fragmentCode: String): Int {
    // 编译顶点着色器
    val vertexShader = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER)
    GLES20.glShaderSource(vertexShader, vertexCode)
    GLES20.glCompileShader(vertexShader)

    // 编译片段着色器
    val fragmentShader = GLES20.glCreateShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)
    GLES20.glShaderSource(fragmentShader, fragmentCode)
    GLES20.glCompileShader(fragmentShader)

    // 链接着色器程序
    val program = GLES20.glCreateProgram()
    GLES20.glAttachShader(program, vertexShader)
    GLES20.glAttachShader(program, fragmentShader)
    GLES20.glLinkProgram(program)
    return program
}

3.3 加载并创建着色器程序

在 MyGLRenderer 类中，添加成员变量来存储顶点数据、顶点缓冲区对象（VBO）和着色器程序 ID。

private val vertexData = floatArrayOf(
    0.0f, 0.5f, 0.0f,
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
    0.5f, -0.5f, 0.0f
)

private var vertexBufferId = 0
private var shaderProgramId = 0

这里vertexData 为什么这么传，是和openGL的世界坐标系相关的

可以看到vertexData的第一个值0.0f，第二个值0.5f这个坐标点位于Y轴偏上的位置，第三个值0.0f我们不用管，这个是Z轴，在2D图形中我们不需要Z轴，所以这个统一传0.0f就好了。
同理，第四个值-0.5f、第五个值-0.5f位于X轴坐标的偏左侧，第六个值也是Z轴，我们不用管。
第七个值是0.5f，第八个值是-0.5f位于X轴坐标的偏右侧，第九个值也是Z轴，我们不用管。
具体如下图所示

然后，在 onSurfaceCreated 方法中初始化这些值，然后加载并创建着色器程序

override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
    // 设置清除屏幕时使用的颜色
    GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)

    // 创建顶点缓冲区对象
    val buffers = IntArray(1)
    GLES20.glGenBuffers(1, buffers, 0)
    vertexBufferId = buffers[0]

    // 将顶点数据上传到缓冲区对象
    val vertexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertexData.size * 4)
        .order(ByteOrder.nativeOrder())
        .asFloatBuffer()
    vertexBuffer.put(vertexData)
    vertexBuffer.position(0)

    GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferId)
    GLES20.glBufferData(
        GLES20.GL_ARRAY_BUFFER,
        vertexData.size * 4,
        vertexBuffer,
        GLES20.GL_STATIC_DRAW
    )
    GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0)

    // 加载并创建着色器程序
    shaderProgramId = loadShaderProgram(vertexShaderCode, fragmentShaderCode);
}

3.4 绘制三角形

在 onDrawFrame 方法中，使用创建的着色器程序和顶点缓冲区对象来绘制三角形：

override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
    // 清除屏幕
    GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT)

    // 使用着色器程序
    GLES20.glUseProgram(shaderProgramId)

    // 绑定顶点缓冲区对象并启用顶点属性
    GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferId)
    val positionLocation = GLES20.glGetAttribLocation(shaderProgramId, "vPosition")
    GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionLocation)
    GLES20.glVertexAttribPointer(positionLocation, 3, GLES20.GL_FLOAT, false, 0, 0)

    // 设置片段着色器的颜色
    val colorLocation = GLES20.glGetUniformLocation(shaderProgramId, "vColor")
    GLES20.glUniform4f(colorLocation, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)

    // 绘制三角形
    GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, 3) // GL_TRIANGLES:三角形 GL_POINTS:点

    // 禁用顶点属性并解除顶点缓冲区对象的绑定
    GLES20.glDisableVertexAttribArray(positionLocation)
    GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0)
}

3.5 设置视口大小

在 onSurfaceChanged 方法中，还是一样，设置视口大小：

override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
    // 设置视口大小
    GLES20.glViewport(0, 0, width, height)
}

3.6 运行看下效果

4. Android中GLES20.java的API说明

上面我们已经实现了一个三角形的绘制，但是对于GLES20的API还是不太了解，接下来再来看下常用的GLES20 API

4.1 Android中GLES20 API的一些主要功能说明

• Shaders（着色器）：GLES20使用可编程的着色器来渲染图形。顶点着色器处理顶点数据，片段着色器处理像素数据。着色器需要用GLSL（OpenGL Shading Language）编写。
• Buffers（缓冲区）：GLES20使用缓冲区来存储顶点数据和索引数据。顶点缓冲区对象（VBO）存储顶点数据，元素缓冲区对象（EBO）存储索引数据。
• Textures（纹理）：GLES20支持多种纹理类型，如2D纹理、立方体贴图等。纹理用于给3D对象添加详细的表面特征
• Framebuffers（帧缓冲区）：GLES20使用帧缓冲区对象（FBO）来存储渲染结果。你可以将渲染结果渲染到纹理中，然后将纹理应用到其他对象上，实现高级渲染效果。
• Transformations（变换）：GLES20支持多种变换操作，如平移、旋转、缩放等。变换矩阵用于在顶点着色器中处理顶点数据。
• Lighting（光照）：GLES20支持基本的光照计算，如环境光、漫反射光、镜面反射光等。光照计算通常在顶点着色器或片段着色器中进行。
• Blending（混合）：GLES20支持颜色混合，用于实现透明度、半透明等效果。混合操作可以根据源颜色和目标颜色按照指定的混合因子进行计算。
• Culling（剔除）：GLES20支持面剔除，可以剔除不可见的面，提高渲染性能。面剔除可以根据面的正面或反面进行。
• Depth Testing（深度测试）：GLES20支持深度测试，用于判断像素的可见性。深度测试可以根据像素的深度值进行比较，只渲染最前面的像素。
• Stencil Testing（模板测试）：GLES20支持模板测试，用于实现遮罩、镜子等效果。模板测试可以根据模板缓冲区的值对像素进行掩盖或者保留。

4.2 GLES20 API中一些主要方法的说明

• glGenBuffers：生成缓冲区对象，如顶点缓冲区对象（VBO）和元素缓冲区对象（EBO）。
• glBindBuffer：绑定缓冲区对象，使其成为当前活动的缓冲区。
• glBufferData：将数据上传到缓冲区对象。
• glVertexAttribPointer：定义顶点属性数组，指定顶点数据在缓冲区中的布局。
• glEnableVertexAttribArray：启用顶点属性数组。
• glDisableVertexAttribArray：禁用顶点属性数组。
• glUseProgram：使用某个着色器程序进行渲染。
• glGetUniformLocation：获取着色器程序中uniform变量的位置。
• glUniformMatrix4fv：为uniform变量设置矩阵数据。
• glCreateShader：创建着色器对象。
• glShaderSource：为着色器对象设置源代码。
• glCompileShader：编译着色器对象。
• glGetShaderiv：获取着色器对象的编译状态。
• glAttachShader：将着色器对象附加到着色器程序。
• glLinkProgram：链接着色器程序。
• glGetProgramiv：获取着色器程序的链接状态。
• glDeleteShader：删除着色器对象。
• glGenTextures：生成纹理对象。
• glBindTexture：绑定纹理对象。
• glTexParameteri：设置纹理参数，如过滤模式、环绕模式等。
• glTexImage2D：上传纹理数据。
• glGenFramebuffers：生成帧缓冲区对象。
• glBindFramebuffer：绑定帧缓冲区对象。
• glFramebufferTexture2D：将纹理对象附加到帧缓冲区对象。
• glDrawArrays：绘制顶点数组，渲染图形。
• glDrawElements：绘制索引数组，渲染图形。
• glEnable：启用某个OpenGL功能，如深度测试、剔除、混合等。
• glDisable：禁用某个OpenGL功能。
• glBlendFunc：设置混合函数。
• glCullFace：设置剔除面的模式。
• glClearColor：设置清除颜色缓冲区时使用的颜色。
• glClear：清除颜色缓冲区、深度缓冲区和/或模板缓冲区。

4.3 扩展 : EGL是什么

OpenGL是一个跨平台的操作GPU的API，但OpenGL需要本地视窗系统进行交互，这就需要一个中间控制层。
而EGL就是连接OpenGL ES和本地窗口系统的接口，引入EGL就是为了屏蔽不同平台上的区别。
EGL需要做一些环境配置，而GLSurfaceView就已经帮我们配置好了，从而让我们不了解EGL也可以调用OpenGL。

当然，我们也可以不使用GLSurfaceView，而是自己通过EGL来和OpenGL进行交互，但这样就比较麻烦了。

5. 开启调试

GLSurfaceView.setDebugFlags() 方法可以激活 log或者错误检测，它们可以帮助调试 OpenGL ES 调用。具体使用时，在　GLSurfaceView 的构造函数中，调用 setRender() 之前调用GLSurfaceView.setDebugFlags()就可以了。下面是个例子：

class MyGLSurfaceView(context: Context, attrs: AttributeSet) : GLSurfaceView(context, attrs) {

    init {
        // 设置 OpenGL ES 版本
        setEGLContextClientVersion(2)
        //打开调试和日志
        setDebugFlags(DEBUG_CHECK_GL_ERROR or DEBUG_LOG_GL_CALLS)

        // 设置渲染器
        val renderer = MyGLRenderer()
        setRenderer(renderer)
    }
}

6. 源码下载

本文源码下载 : Android使用GlSurfaceView和OpenGL绘制三角形 Demo

7. 官方文档

GLSurfaceView | Android Developers (google.cn)
SurfaceView 和 GLSurfaceView | Android 开源项目 | Android Open Source Project (google.cn)
构建 OpenGL ES 环境 | Android 开发者 | Android Developers (google.cn)