OpenGL ES 高级进阶:EGL 及 GL 线程

EGL及GL线程

今天给大家介绍EGL和GL线程,EGL是OpenGL ES开发中很重要的一部分,特别是当想实现一些比较复杂的功能时,就有必要去了解EGL。

另外,了解EGL也对掌握渲染底层的基础原理很重要,我认为是OpenGL ES开发者迈向一个新台阶必需要掌握的东西,而GL线程则是一个与EGL环境绑定了的线程,绑定后可以在这个线程中执行GL操作。

EGL它是个什么东西呢?一句总结就是:EGL是连接OpenGL ES与本地窗口系统的桥梁。

如何理解这句话呢?我们知道OpenGL是跨平台的,但是不同平台上的窗口系统是不一样的,它就需要一个东西帮助OpenGL与本地窗口系统进行对接、管理及执行GL命令等。

这听起来挺底层的,我们为什么需要去了解这个呢?

我举几个例子,比如你想把你的GL逻辑多线程化,以提升效率,如果不了解EGL,直接把GL操作简单地拆分到多个线程中执行,会发现有问题,后文也会提到。

比如,你想用MediaCodec做视频编解码,你会发现,也常常需要了解EGL,特别是当你想在编码前、解码后做OpenGL特效处理时。

比如将原视频进行OpenGL ES特效渲染然后编码保存,或者是解码原视频然后进行OpenGL ES特效渲染再显示出来。

编码时需要将要编码的帧渲染到MediaCodec给你的一块surface上,而这些操作需要有EGL才能做,而解码时是解码到一块你自己指定的surface上,此时你也没有一个现成的EGL环境,如果你想解码出来先用OpenGL ES做些特效处理再显示出来,那么这时也需要EGL环境。

为了让大家直接感觉一下EGL所起的作用,我们来试试几段代码,一段是我们很熟悉的GLSurfaceView的Renderer的代码,我们可以在回调中做GL操作,比如这里我们创建一个texture:

glSurfaceView.setRenderer(object : GLSurfaceView.Renderer {
            
    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
    }

    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        
        val textures = IntArray(1)
        GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
        val imageTexture = textures[0]
        
    }

})

如果你查看这个texture的值,会发现它大于0,也就是创建成功了,另外也可以通过OpenGL ES的方法GLES30.glIsTexture(imageTexture)来判断一个texture是不是合法的texture。

如果我们把上述创建texture的操作放到主线程中会怎样?

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)

        val textures = IntArray(1)
        GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
        val imageTexture = textures[0]

    }

}

我们会发现,这时创建出来的texture是0,也就是创建失败了,其实不只是创建texture失败,其它GL操作一律会失败。

如果放到一个子线程中呢?

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)

        Thread {

            val textures = IntArray(1)
            GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
            val imageTexture = textures[0]
            
        }.start()
    }
}

效果是一样的,也会失败,为什么?

原因就是在一个没有EGL环境的线程中调用了OpenGL ES API,那如何让一个线程拥有EGL环境?创建EGL环境,步骤还不少,一共有以下几个步骤:

获取显示设备

eglDisplay = EGL14.eglGetDisplay(EGL14.EGL_DEFAULT_DISPLAY)

这里获取的是default的显示设备,大多数情况下我们都是获取default,因为大多数情况下设备只有一个屏幕,本文也只讨论这种情况。

初始化显示设备

val version = IntArray(2)
EGL14.eglInitialize(eglDisplay, version, 0, version, 1)

这里初始化完成后,会返回给我们支持的EGL的最大和最小版本号。

选择config

val attribList = intArrayOf(
    EGL14.EGL_RED_SIZE, 
    8, 
    EGL14.EGL_GREEN_SIZE, 
    8, 
    EGL14.EGL_BLUE_SIZE, 
    8, 
    EGL14.EGL_ALPHA_SIZE, 
    8,
    EGL14.EGL_RENDERABLE_TYPE, 
    EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT or EGLExt.EGL_OPENGL_ES3_BIT_KHR, 
    EGL14.EGL_NONE
)
val eglConfig = arrayOfNulls<EGLConfig>(1)
val numConfigs = IntArray(1)
EGL14.eglChooseConfig(
    eglDisplay, 
    attribList, 
    0, 
    eglConfig, 
    0, 
    eglConfig.size,
    numConfigs, 
    0
)

这步操作告诉系统我们期望的EGL配置,然后系统返回给我们一个列表,按配置的匹配程度排序,因为系统不一定有我们期望的配置,因此要通过查询让系统返回尽可能接近的配置。

attribList是我们期望的配置,我们这里的配置是将RGBA颜色深度设置为8位,并将OpenGL ES版本设置为2和3,表示同时支持OpenGL 2和OpenGL 3,最后以一个EGL14.EGL_NONE作为结束符。

eglConfig是返回的尽可能接近我们期望的配置的列表,通常我们取第0个来使用,即最符合我们期望配置。

创建EGL Context

eglContext = EGL14.eglCreateContext(
    eglDisplay, 
    eglConfig[0], 
    EGL14.EGL_NO_CONTEXT,
    intArrayOf(EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 3, EGL14.EGL_NONE), 
    0
)

eglDisplay即是之前创建的显示设备,注意第三个参数,它是指定一个共享的EGL Context,共享后,2个EGL Context可以相互使用对方创建的texture等资源,默认情况下是不共享的,但不是所有资源都能共享,例如program就是不共享的。

创建EGL Surface

val surfaceAttribs = intArrayOf(EGL14.EGL_NONE)
eglSurface = EGL14.eglCreatePbufferSurface(
    eglDisplay, 
    eglConfig[0], 
    surfaceAttribs, 
    0
)

EGL Surface是什么东西?可以理解成是一个用于承载显示内容的东西,这里有2种EGL Surface可以选择,一种是window surface,一种是pbuffer surface。

如果我们创建这个EGL环境是为了跟一块Surface绑定,例如希望给Surface View创建一个EGL环境,使用OpenGL ES渲染到Surface View上,那么就要选择window surface,对应的创建方法为:

EGL14.eglCreateWindowSurface(
    eglDisplay, 
    eglConfig[0], 
    surface, 
    surfaceAttribs, 
    0
)

其中surface就是这个Surface View对应的surface。如果我们不需要渲染出来看,那么就可以创建一个pbuffer surface,它不和surface绑定,不需要传surface给它,这也称为离屏渲染,本文中将创建pbuffer surface。

这里提一个细节,现在的surface所对应的buffer一般都是双buffer,以便于一个buffer正在显示的时候,有另一个buffer可用于渲染, 正在显示的buffer称为front buffer,正在渲染的buffer称为back buffer。

如果要渲染到surface上,必须在渲染后调EGL14.eglSwapBuffers(eglDisplay, eglSurface) 将显示buffer和渲染buffer进行交换才会生效,否则会一直渲染到back buffer上,这个buffer无法变成front buffer显示到surface上。

绑定EGL

前面的几个步骤,我们把一些需要创建的东西都创建好了,下面就要将EGL绑定到线程上让它具体有EGL环境:

EGL14.eglMakeCurrent(
    eglDisplay, 
    eglSurface, 
    eglSurface, 
    eglContext
)

注意,一个线程只能绑定一个EGL环境,如果之前绑过其它的,后面又绑了一个,那就会是最后绑的那个。至此,就能让一个线程拥有EGL环境了,此后就可以顺利地做GL操作了。

好,我们看一下我们的例子代码:

Thread {

    val egl = EGL()
    egl.init()

    egl.bind()

    val textures = IntArray(1)
    GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
    val imageTexture = textures[0]
    assert(GLES30.glIsTexture(imageTexture))

    egl.release()

}.start()

代码很简单,只是为了验证是否有了EGL环境,就不写复杂的操作了,EGL就是对前文所述的操作的一个封装类,init()方法对应了获取显示设备、初始化显示设备、选择config、创建EGL Context和创建EGL Surface,bind()方法对应了eglMakeCurrent()。

EGL实际上能玩的花样很多,我封装了一个EGL和GL线程库:GLKit(github.com/kenneycode/…),有了这个库,可以方便地使用EGL及自带EGL环境的线程,快速实现用OpenGL ES渲染到SurfaceView、TextureView上,以及实现OpenGL ES多线程编程。

OpenGL ES 高级进阶:EGL 及 GL 线程

好,看到这,也许有朋友想问了,为什么我们使用GLSurfaceView的时候,就完全不需要去管这堆东西呢?

那是因为GLSurfaceView帮你封装好啦,大家如果去看过GLSurfaceView的源码,就会发现它里面也是按前文所说的步骤一步一步先创建好EGL环境的,它里面有一个GLThread类,就是一个绑定了EGL环境的线程,源码逻辑大致是这样的:

while(...) {
    ...
    mEglHelper.start();    // 获取显示设备、初始化显示设备、选择config、创建EGL Context
    ...
    mEglHelper.createSurface();    // 创建EGL Surface并绑定EGL Context
    ...
    回调Renderer的onSurfaceCreated()
    ...     
    回调Renderer的onSurfaceChanged ()
    ...
    回调Renderer的onDrawFrame()
    ...
    mEglHelper.swap();  // eglSwapBuffer
    ...           
}

看到这,大家知道为什么我们在GLSurfaceView的Renderer回调方法中能使用OpenGL ES API了吧?因为在回调前,它就给你创建好EGL环境并绑定好了。作者:程序员kenney 链接:https://juejin.im/post/6844903858380996616Github: https://github.com/kenneycode/OpenGLESPro​

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