一、相关概念简介：

OpenGl ：

OpenGl ES：

EGL：

二、OpenGL原理大致理解：

##.内部的一些概念介绍：

在OpenGl ES三维空间中，本质上讲能生成的只有点、线、三角形，任何复杂的模型图形都是用三角形拼接成的。

（查资料，好像传统OpenGl中应该是直接支持更复杂的四边形、多边形的。OpenGl ES只是子集，应该做了简化）

##.以下内容引用自 安卓 OpenGL ES 2.0 完全入门（一）：基本概念和 hello world_Luckie stone的博客-CSDN博客 ：

在 OpenGL 的世界里，我们只能画点、线、三角形，复杂的图形都是由三角形构成的。

在 OpenGL 里有两个最基本的概念：Vertex (顶点)和 Fragment(片元）。一切图形都从 Vertix 开始，Vertix 序列围成了一个图形。那什么是 Fragment 呢？为此我们需要了解一下光栅化（Rasterization）：光栅化是把点、线、三角形映射到屏幕上的像素点的过程（每个映射区域叫一个 Fragment），也就是生成 Fragment 的过程。通常一个 Fragment 对应于屏幕上的一个像素，但高分辨率的屏幕可能会用多个像素点映射到一个 Fragment，以减少 GPU 的工作。

接下来介绍 Shader（着色器程序）：Shader 用来描述如何绘制（渲染），GLSL 是 OpenGL 的编程语言，全称 OpenGL Shader Language，它的语法类似于 C 语言。OpenGL 渲染需要两种 Shader：Vertex Shader 和 Fragment Shader。

每个 Vertex 都会执行一遍 Vertex Shader，以确定 Vertex 的最终位置，其 main 函数中必须设置  gl_Position  全局变量，它将作为该 Vertex 的最终位置，进而把 Vertex 组合（assemble）成点、线、三角形。光栅化之后，每个 Fragment 都会执行一次 Fragment Shader，以确定每个 Fragment 的颜色，其 main 函数中必须设置  gl_FragColor  全局变量，它将作为该 Fragment 的最终颜色。

下面是 OpenGL 的处理过程：

弄清楚坐标系很重要，不然会找不着东南西北。下面这张图展示了 OpenGL 通常的处理流程中各个环节的坐标系，以及坐标系之间的转换操作：

下面对图中的几个概念作简单说明：

Local space：我们为每个物体建好模型的时候，它们的坐标就是 Local space 坐标；

World space：当我们要绘制多个物体时，如果直接使用 Local space 的坐标（把所有物体的原点放在一起），那它们很可能会发生重叠，因此我们需要把它们进行合理的移动、排布，最终各自的坐标就是 World space 的坐标了；

Model matrix：把 Local space 坐标转换到 World space 坐标所使用的变换矩阵，它是针对每个物体做不同的变换；

View space：通常也叫 Camera space 或者 Eye space，是从观察者（也就是我们自己）所在的位置出发，所看到的空间；

View matrix：把 World space 坐标转换到 View space 坐标所使用的变换矩阵，它相当于是在移动相机位置，实际上是反方向移动整个场景（所有物体）；

Clip space：OpenGL 只会渲染坐标值范围在  [-1, 1]  的内容，超出这个范围的内容都会被裁剪掉，这个范围的空间就叫 Clip space，Clip space 的坐标系也叫 normalized device coordinate（NDC）；

Projection matrix：把 View space 坐标转换到 Clip space 坐标所使用的变换矩阵，它会指定一个可见的范围，只有这个范围内的点才会转换到 NDC 中，而这个范围被称作视锥（frustum）；projection matrix 有三种创建方式：正投影（Orthographic projection），透视投影（Perspective projection），以及 3D 投影（3D projection）；前两种比较常用；

Screen space：屏幕上的空间， glViewport  调用指定的区域；

Viewport transform：这一步是 Open GL 自动完成的，把 Clip space 坐标转换到 Screen space 坐标；

通常说的 Model，View，Projection 这三种变换都是针对 Vertex 坐标做的变换，也就是：

更多关于坐标系的内容，可以阅读  Learn OpenGL 的 Coordinate Systems 部分 。

三、一般使用流程与讲解

1.环境初始化：为绘制所用线程创建EGL环境。

（如果使用GLSurfaceView，绘制线程的EGL环境已经创建好，则可忽略这步）

2.着色器和纹理相关的初始化：

3.绘制逻辑：

##.要点：

1.着色器的编译代码使用的是GLSL语言，语法与C/C++相似，着色器程序控制的是GPU的绘制过程

2.GLES20的API方法都是一堆native方法,我们是以JNI的方式调用，这些量值的空间都会分配在本地内存空间中。

3.将坐标数据载入编码器的示例讲解：

  GLES20.glVertexAttribPointer(//将坐标数据载入aPositionLoc,  //idOFFSET_PER_VERTEX, //告诉他用几个偏移量来描述一个点GLES20.GL_FLOAT, false,BYTE_PER_VERTEX, //一个顶点需要多少个字节的偏移量mVertexFloatBuffer); //缓冲区

4.视口设置与讲解:

// 设置OpenGL视口的位置与大小, 最终图像会被输出到屏幕或目标纹理的视口对应的区域显示
//    例如图像最终被渲染到GlSurfaceView上，则在此处定义的是显示在GlSurfaceView的Surface上的哪个区域
// 注意该API所采用的坐标系，与OpenGl中的默认纹理坐标系方向相同，
//    即以Surface的左下角为原点(0,0)，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向.
// OpenGl世界坐标系上经过层层矩阵变换，最后被裁剪空间选中的部分会投射出一副二维画面显示在这个区域上，
//    这张输出画面会拉伸显示到这个区域上，但若设置的视口区域超出实际Surface，超出的部分不会显示。
GLES20.glViewport(0,0, outputWidth, outputHeight);

5.如何绘制多个三角形

前面说过，OpenGL ES中任何复杂的图形都是三角形拼接成的。有多种绘制方式。

5.1 GLES20.GL_TRIANGLES:使用顶点数组中前三个顶点绘制一个三角形，只是绘制一个。
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, VERTEX_COUNT);5.2 GLES20.GL_TRIANGLE_FAN:任意三个顶点间，都会绘制一个三角形。绘制次数较多。
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, VERTEX_COUNT);5.3 GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP:三角形带的方式
5.3.1自动绘制，开始的3个点描述一个三角形，后面每多一个点，与前面两个点在一起，多绘制一个三角形。这种方式不需要定义绘制顺序，但需要根据需要设置好顶点数组中顶点的次序。
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP,0, VERTEX_COUNT);
5.3.2自定义三角形绘制顺序，在indexBuffer中定义自己的绘制顺序，按照绘制顺序来绘制。
（这是本人喜欢用的方式）
GLES20.glDrawElements(GLES20.GL_TRIANGLES, SQUARE_INDEX.length, GLES20.GL_UNSIGNED_SHORT, mIndexBuffer);
//使用绘制三角形带的方式，来绘制各个三角形，需要在数组中定义绘制顺序
//自定义的绘制顺序，里面值为对应顶点在顶点数组中的索引值，每三个顶点为一组围成一个三角形
//  此处的顺序是，先绘制0-1-2围成的三角形，然后绘制0-3-2对应的三角形，最终拼成一个矩形
private static short SQUARE_INDEX[] = {0 , 1, 2, 0, 3, 2};

6.相关变换矩阵处理讲解：

6.1.获取观察矩阵，即变换到观察者空间的矩阵(一般称为相机矩阵，这里为了避免与Android相机的相关名词混淆，改了个称呼)Matrix.setLookAtM (float[] rm,      //接收相机变换矩阵int rmOffset,       //变换矩阵的起始位置（偏移量）float eyeX,float eyeY, float eyeZ,   //相机位置float centerX,float centerY,float centerZ,  //观测点位置float upX,float upY,float upZ)  //up向量在xyz上的分量
6.2.获取投影矩阵
通过设置偏移值和x轴、y轴、z轴上的取值范围，会生成相应的投影矩阵，存储在传入的矩阵数组中。
选取的范围内的坐标，通过该矩阵变换后会落在OpenGl裁剪空间[-1,1]范围内，即选取范围外的坐标点都会被裁减掉。
这里生成的矩阵一般作为裁剪矩阵使用。
6.2.1正交投影Matrix.orthoM (float[] m,           //接收正交投影的变换矩阵int mOffset,        //变换矩阵的起始位置（偏移量）float left,         //x轴的最小范围float right,        //x轴的最大范围float bottom,       //y轴的最小范围float top,          //y轴的最大范围float near,         //z轴的最小范围，即相对观察点近视面float far);          //z轴的最大范围，即相对观察点远视面
6.2.2透视投影Matrix.frustumM (float[] m,int mOffset,float left,float right,float bottom,float top,float near,float far)
6.3.矩阵乘法Matrix.multiplyMM (float[] result, //接收相乘结果int resultOffset,  //接收矩阵的起始位置（偏移量）float[] lhs,       //左矩阵int lhsOffset,     //左矩阵的起始位置（偏移量）float[] rhs,       //右矩阵int rhsOffset)     //右矩阵的起始位置（偏移量）

四、简单代码示例与讲解(见注释)：

（这里只是提供了用OpenGL绘制一个三角形和一个矩形的示例，不过就算是要贴相机纹理，其实所需要绘制的模型也只是四个顶点的一个矩形）

public class TestGlSurfaceView extends GLSurfaceView {public TestGlSurfaceView(Context context) {this(context, null);}public TestGlSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {super(context, attrs);// 使用OpenGL ES 2.0setEGLContextClientVersion(2);}@Overridepublic void setRenderer(Renderer renderer) {super.setRenderer(renderer);/*设置GLThread的渲染方式，该值会影响GLThread内部while(true){}死循环内部的条件判断1.Render.RENDERMODE_WHEN_DIRTY：表示被动渲染，需要手动调用相应方法来触发渲染。设置该值，GLThread在死循环死循环中不会自动调用Render.onDrawFrame()只有在调用requestRender()或者onResume()等方法后才会改变死循环中的判断条件，调用一次Render.onDrawFrame()2.Render.RENDERMODE_CONTINUOUSLY：表示持续渲染，该值为GLThread的默认渲染模式设置该值时，GLThread在死循环中会不断的自动调用Render.onDrawFrame()。因此会比较消耗手机性能。*///当需要固定的刷新频率时，例如30帧/s，应该用Render.RENDERMODE_WHEN_DIRTY模式，然后手动控制刷新。//注意：必须在设置Render之后才能设置，否则会报错setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_WHEN_DIRTY);}/*** 该方法会触发GLThread恢复运行*/@Overridepublic void onResume() {super.onResume();}/*** 该方法会触发GLThread进入等待状态*/@Overridepublic void onPause() {super.onPause();}
}//Render中一般是用OpenGl做来图形图像处理，需要了解Android提供的OpenGL ES用法
public class TestRender implements GLSurfaceView.Renderer {private final String TAG = getClass().getSimpleName();private Triangle mTriangle;private Square   mSquare;public TestRender(){}@Overridepublic void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {ILog.d(TAG, "surfaceCreated()");//surface被创建后需要做的处理//这里是设置背景颜色GLES20.glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f);// 初始化一个三角形mTriangle = new Triangle();// 初始化一个正方形mSquare = new Square();}// 渲染窗口大小发生改变或者屏幕方法发生变化时候回调@Overridepublic void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {ILog.d(TAG, "surfaceChanged()");// 设置OpenGL视口的位置与大小, 最终图像会被输出到视口上显示//      在此处对应的是在GlSurfaceView的Surface上现实在哪个区域// 该API定义时的坐标方向与OpenGl二维图形中坐标方向相同，//      以(0,0)为的左下角，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向.//      最终输出的画面会等比例缩放到在这个区域上，但设置的区域超出实际Surface的部分不会显示。GLES20.glViewport(0,0,width,height);}@Overridepublic void onDrawFrame(GL10 gl) {ILog.d(TAG, "onDrawFrame()");//        mTriangle.draw();mSquare.draw();}}public class Triangle {private final String vertexShaderCode ="attribute vec4 vPosition;" +"void main() {" +"  gl_Position = vPosition;" +"}";private final String fragmentShaderCode ="precision mediump float;" +"uniform vec4 vColor;" +"void main() {" +"  gl_FragColor = vColor;" +"}";private FloatBuffer vertexBuffer;// 数组中每个顶点的坐标数static final int COORDS_PER_VERTEX = 3;static float triangleCoords[] = {   // 按照逆时针方向:0.0f,  0.622008459f, 0.0f, // top-0.5f, -0.311004243f, 0.0f, // bottom left0.5f, -0.311004243f, 0.0f  // bottom right};// 设置颜色RGBA（red green blue alpha）float color[] = { 0.63671875f, 0.76953125f, 0.22265625f, 1.0f };private final int mProgram;public Triangle() {// 为存放形状的坐标，初始化顶点字节缓冲ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(// (坐标数 * 4 )float 占四个字节triangleCoords.length * 4);// 使用设备的本点字节序bb.order(ByteOrder.nativeOrder());// 从ByteBuffer创建一个浮点缓冲vertexBuffer = bb.asFloatBuffer();// 把坐标加入FloatBuffer中vertexBuffer.put(triangleCoords);// 设置buffer，从第一个坐标开始读vertexBuffer.position(0);int vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER,vertexShaderCode);int fragmentShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER,fragmentShaderCode);// 创建一个空的 OpenGL ES ProgrammProgram = GLES20.glCreateProgram();// 将vertex shader 添加到 programGLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);// 将fragment shader 添加到 programGLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);// 创建一个可执行的 OpenGL ES programGLES20.glLinkProgram(mProgram);}private int mPositionHandle;private int mColorHandle;private final int vertexCount = triangleCoords.length / COORDS_PER_VERTEX;private final int vertexStride = COORDS_PER_VERTEX * 4; // 4 bytes per vertexpublic void draw() {// 将program 添加到 OpenGL ES 环境中GLES20.glUseProgram(mProgram);// 获取指向vertex shader的成员vPosition的句柄mPositionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition");// 启用一个指向三角形的顶点数组的句柄GLES20.glEnableVertexAttribArray(mPositionHandle);// 准备三角形的坐标数据GLES20.glVertexAttribPointer(mPositionHandle, COORDS_PER_VERTEX,GLES20.GL_FLOAT, false,vertexStride, vertexBuffer);// 获取指向fragment shader的成员vColor的句柄mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");// 设置三角形的颜色GLES20.glUniform4fv(mColorHandle, 1, color, 0);// 画三角形GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, vertexCount);// 禁用指向三角形的定点数组GLES20.glDisableVertexAttribArray(mPositionHandle);}public int loadShader(int type, String shaderCode){// 创建一个vertex shader 类型 (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)// 或者一个 fragment shader 类型(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)int shader = GLES20.glCreateShader(type);// 将源码添加到shader并编译GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);GLES20.glCompileShader(shader);return shader;}
}public class Square {private final String vertexShaderCode ="attribute vec4 vPosition;" +"void main() {" +"  gl_Position = vPosition;" +"}";private final String fragmentShaderCode ="precision mediump float;" +"uniform vec4 vColor;" +"void main() {" +"  gl_FragColor = vColor;" +"}";private FloatBuffer vertexBuffer;private ShortBuffer drawListBuffer;// 每个顶点的坐标数static final int COORDS_PER_VERTEX = 3;static float squareCoords[] = {-0.5f,  0.5f, 0.0f,   // top left-0.5f, -0.5f, 0.0f,   // bottom left0.5f, -0.5f, 0.0f,   // bottom right0.5f,  0.5f, 0.0f }; // top rightprivate short drawOrder[] = { 0, 1, 2, 0, 2, 3 }; // 绘制顶点的顺序// 设置颜色RGBA（red green blue alpha）
//    float color[] = { 0.63671875f, 0.76953125f, 0.22265625f, 1.0f };float color[] = { 0.15671875f, 0.65953125f, 0.84265625f, 1.0f };private final int mProgram;public Square() {// initialize vertex byte buffer for shape coordinatesByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(// (# of coordinate values * 4 bytes per float)squareCoords.length * 4);bb.order(ByteOrder.nativeOrder());vertexBuffer = bb.asFloatBuffer();vertexBuffer.put(squareCoords);vertexBuffer.position(0);// initialize byte buffer for the draw listByteBuffer dlb = ByteBuffer.allocateDirect(// (# of coordinate values * 2 bytes per short)drawOrder.length * 2);dlb.order(ByteOrder.nativeOrder());drawListBuffer = dlb.asShortBuffer();drawListBuffer.put(drawOrder);drawListBuffer.position(0);int vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER,vertexShaderCode);int fragmentShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER,fragmentShaderCode);// 创建一个空的 OpenGL ES ProgrammProgram = GLES20.glCreateProgram();// 将vertex shader 添加到 programGLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);// 将fragment shader 添加到 programGLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);// 创建一个可执行的 OpenGL ES programGLES20.glLinkProgram(mProgram);}private int mPositionHandle;private int mColorHandle;
//    private final int vertexCount = squareCoords.length / COORDS_PER_VERTEX;private final int vertexStride = COORDS_PER_VERTEX * 4; // 4 bytes per vertexprivate float[] mMVPMatrix=new float[16];private int mMatrixHandler;public void draw() {//将程序加入到OpenGLES2.0环境GLES20.glUseProgram(mProgram);//获取变换矩阵vMatrix成员句柄mMatrixHandler= GLES20.glGetUniformLocation(mProgram,"vMatrix");//指定vMatrix的值GLES20.glUniformMatrix4fv(mMatrixHandler,1,false,mMVPMatrix,0);//获取顶点着色器的vPosition成员句柄mPositionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "vPosition");//启用三角形顶点的句柄GLES20.glEnableVertexAttribArray(mPositionHandle);//准备三角形的坐标数据GLES20.glVertexAttribPointer(mPositionHandle, COORDS_PER_VERTEX,GLES20.GL_FLOAT, false,vertexStride, vertexBuffer);//获取片元着色器的vColor成员的句柄mColorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "vColor");//设置绘制三角形的颜色GLES20.glUniform4fv(mColorHandle, 1, color, 0);//绘制三角形//        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, vertexCount);//索引法绘制正方形GLES20.glDrawElements(GLES20.GL_TRIANGLES, drawOrder.length, GLES20.GL_UNSIGNED_SHORT, drawListBuffer);//禁止顶点数组的句柄GLES20.glDisableVertexAttribArray(mPositionHandle);}public int loadShader(int type, String shaderCode){// 创建一个vertex shader 类型 (GLES20.GL_VERTEX_SHADER)// 或者一个 fragment shader 类型(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER)int shader = GLES20.glCreateShader(type);// 将源码添加到shader并编译GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);GLES20.glCompileShader(shader);return shader;}
}public class TestGlSurfaceViewActivity extends BaseActivity {@Overrideprotected BaseActivityPresenter getPresenter() {return null;}private TestGlSurfaceView mGlSurfaceView;@Overrideprotected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.test_gl_surfaceview_activity);mGlSurfaceView = (TestGlSurfaceView) findViewById(R.id.gl_surface_view);TestRender render = new TestRender();//为GlSurfaceView设置渲染器Render//这一步很关键，当设置渲染器后，会触发GlThread线程启动，然后创建EGL环境，// 并在线程中根据条件判断，来对应调用Render的各个接口mGlSurfaceView.setRenderer(render);}
}

参考剪藏:

安卓 OpenGL ES 2.0 完全入门（一）：基本概念和 hello world - android开发笔记 - CSDN博客

OpenGL ES API的说明文档网站： OpenGL ES 2.0 Reference Pages