OpenGL ES 高级进阶：EGL 及 GL 线程

发表于 2年以前 | 总阅读数：942 次

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。

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。