Android 2D与3D绘图详解-优快云博客

本文转载编辑自http://blog.chinaunix.net/u3/99423/showart_2203599.html Android画图方式 Android里面的画图分为2D和3D两种： 2D是由Skia来实现的，也就是我们在框架图上看到的SGL，SGL也会调用部分的内容来实现简单的3D效果； 3D部分是由OpenGL|ES实现的，OpenGL|ES是Opengl的嵌入式版本， 我们先了解一下Androidapk的几种画图方式，然后再来来看一看这一整套的图形体系是怎么建立的。 首先画图都是针对提供给应用程序的一块内存填充数据，没去研究过一个Activity是否就对应着底层的一个surface， 但是应该都是对这块surface内存进行操作。因此说穿了就是我们要么调用2D的API画图，要么调用3D的API画图， 然后将画下来的图保存在这个内存中，最后这个内存里面的内容会被Opengl渲染以后变为可以在屏幕上的像素信息。 一、Apk应用主要关心的还是这些API的使用，在Androidapk里面画图有2种方式[2D]： 1、SimpleGraphicsinView 就是直接使用Android已经实现的一些画图操作，比如说images，shapes，colors，pre-definedanimation等等， 这些简单的画图操作实际上是由skia来提供的2D图形操作。 使用这些预定义好的操作，我们可以实现诸如贴一张背景图啊，画出简单地形状阿，实现一些简单的动画之类的操作。 这里的简单可以这么理解，就是我们在这里没有一笔一画地构造出一个图形出来， 我们只是把我们的Graphic资源放入View体系中，由系统来将这些Graphic画出来。 举个例子：我们现在在Activity里面绑定一个ImageView，我们可以设置这个ImageView的内容是我们的picture， 然后我们可以让这个picture整体颜色上来点蓝色调，然后我们还可以为这个ImageView加入一个预定义动画， 这样当系统要显示这个View的时候就会显示我们的picture，并且会有动画，并带有一个蓝色调， 我们并没有自己去定义画图操作，而是将这些内容放入View中，由系统来将这些内容画出来。 这种方式只能画静态或者极为简单的2D图画，对于实时性很强的动画，高品质的游戏都是没法实现的。 2、Canvas 首先我们要明白这个Canvas是一个2D的概念，是在Skia中定义的。也就是说在这个方式下还是说的画2D图形。 我们可以把这个Canvas理解成系统提供给我们的一块内存区域(但实际上它只是一套画图的API，真正的内存是下面的Bitmap)， 而且它还提供了一整套对这个内存区域进行操作的方法，所有的这些操作都是画图API。 也就是说在这种方式下我们已经能一笔一划或者使用Graphic来画我们所需要的东西了， 要画什么要显示什么都由我们自己控制。 这种方式根据环境还分为两种：一种就是使用普通View的canvas画图，还有一种就是使用专门的SurfaceView的canvas来画图。 两种的主要是区别就是可以在SurfaceView中定义一个专门的线程来完成画图工作，应用程序不需要等待View的刷图，提高性能。 前面一种适合处理量比较小，帧率比较小的动画，比如说象棋游戏之类的；而后一种主要用在游戏，高品质动画方面的画图。 下面是这两种方式的典型sequence： 2.1、Viewcanvas (1)定义一个自己的View：classyour_viewextendsView{}； (2)重载View的onDraw方法：protectedvoidonDraw(Canvascanvas){}； (3)在onDraw方法中定义你自己的画图操作； 也可以定义自己的Btimap，然后由她创建一个canvas： Bitmapb=Bitmap.createBitmap(100,100,Bitmap.Config.ARGB_8888); Canvasc=newCanvas(b); 这里canvas画的图是画到了Bitmapb上。如果我们要显示它的话，还需要在ViewonDraw(Canvascanvas)中， 用canvas把Bitmapb的画到手机上。 画Bitmap可以用Canvas的如下函数： publicvoiddrawBitmap(Bitmapbitmap,Matrixmatrix,Paintpaint)； View的invalidate()这个函数被调用后，系统会在不久的将来重新调用onDraw()函数以便绘画View， 这个时间很短但并不是可预知的。如果在非UI线程中调用，请使用postInvalidate() 2.2、SurfaceViewCanvas (1)定义一个自己的SurfaceView:classyour_surfaceviewextendsSurfaceViewimplementsSurfaceHolder.Callback(){}; (2)实现SurfaceHolder.Callback的3个方法surfaceCreated();surfaceChanged();surfaceDestroyed(); (3)定义自己的专注于画图的线程:classyour_threadextendsThread(){}; (4)重载线程的run()函数［一般在run中定义画图操作，在surfaceCreated中启动这个线程］ (5)画图的过程一般是这样的： SurfaceHoldersurfaceHolder=getHolder();//取得holder，这个holder主要是对surface操作的适配，用户不具备对surface操作的权限 surfaceHolder.addCallback(this);//注册实现好的callback <div style="line-height:25px"> Canvascanvas＝surfaceHolder.lockCanvas();//取得画图的Canvas /*---------------------------------画图 **--------------------------------画图结束*/ surfaceHolder.unlockCanvasAndPost();//提交并显示 至于SurfaceView的使用可参考实例1 所有前面3种方式的画图的一些例子在SDK上都有，写得也比较清楚，我这里就不说了，这里写一下我调这些代码过程一些小经验，应该主要涉及的是Activity这方面，应该以后都用得到： 首先是关于Eclipse的： (1)ctrl＋shift＋O可以自动添加需要的依赖包，这功能挺实用的觉得，还有alt+/是语法补全； (2)代码中右键比较实用的功能有很多，我记得的是F3找类的声明，F4找类的继承关系； (3)断点调试比较方便的，在Eclipse的右上交可以选择阅读代码的方式，还能经如debug模式，我现在用到的两个打log的方式： Log.e("class","value:"+classname);//检测class是否为空指针 Log.e(this.getClass().getName(),"noticemessage"); 然后是关于Activity的： (1)首先尽量把UI的设计放在XML中实现，而不要放在代码中实现，这样方便设计，修改和移植； (2)所有使用到的component都必须在manifest中声明，不然程序中找不到相应的conponet的时候会报错； (3)一般每一个Activity都对应于一个类，和一个相应的布局文件xml； (4)每一个Activity只有使用setContentView()绑定内容后才会显示，而且你才能从这个内容(比如xml中)获取到你需要的元素； (5)res/drawable和res/raw中的元素的区别是drawable中的元素像素可能会被系统优化，而raw中的不会被优化； (6)当多个Activity都从res/drawable中获得同一个元素，如果其中一个修改它的属性，所有其他的Activity中这个元素的相应属性都会改变； (7)res/anim中保存的是动画相关的xml； 下面我们总结以下2D画图用到的包： android.view//画图是在View中进行的 android.view.animation//定义了一些简单的动画效果TweenAnimation和Frame.Animation android.graphics//定义了画图比较通用的API，比如canvas，paint，bitmap等 android.graphics.drawable//定义了相应的Drawable(可画的东西)，比如说BitmapDrawable，PictureDrawable等 android.graphics.drawable.shapes//定义了一些shape 二、了解了2D，我们再来看看3D的画图方式。3D画图SDK上讲得很简单，只是提了一个通用的方式，就是继承一个View， 然后在这个View里面获得Opengl的句柄进行画图，道理应该来说是和2D一样的，差别就是一个是使用2D的API画图， 一个是使用3D的。不过因为3DopenGl|ES具有一套本身的运行机制，比如渲染的过程控制等， 因此Android为我们提供了一个专门的用在3D画图上的GLSurfaceView。 这个类被放在一个单独的包android.opengl里面，其中实现了其他View所不具备的操作： (1)具有OpenGL|ES调用过程中的错误跟踪，检查工具，这样就方便了Opengl编程过程的debug； (2)所有的画图是在一个专门的Surface上进行，这个Surface可以最后被组合到android的View体系中； (3)它可以根据EGL的配置来选择自己的buffer类型，比如RGB565，depth＝16(这里有点疑问， SurfaceHolder的类型是SURFACE_TYPE_GPU，内存就是从EGL分配过来的？) (4)所有画图的操作都通过render来提供，而且render对Opengl的调用是在一个单独的线程中 (5)Opengl的运行周期与Activity的生命周期可以协调 下面我们再看看利用GLSurface画3D图形的一个典型的Sequence (1)选择你的EGL配置(就是你画图需要的buffer类型)[optional]： setEGLConfigChooser(boolean) setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser) setEGLConfigChooser(int,int,int,int,int,int) (2)选择是否需要Debug信息[optional]: setDebugFlags(int) setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper). (3)为GLSurfaceView注册一个画图的renderer：setRenderer(GLSurfaceView.Renderer) (4)设置reandermode，可以为持续渲染或者根据命令来渲染,默认是continuousrendering[optional]：setRenderMode(int) 这里有一个要注意的地方就是必须将Opengl的运行和Activity的生命周期绑定在一起， 也就是说Activitypause的时候，opengl的渲染也必须pause。 另外GLSurfaceView还提供了一个非常实用的线程间交互的函数queueEvent(Runnable)， 可以用在主线程和render线程之间的交互，下面就是SDK提供的范例： classMyGLSurfaceViewextendsGLSurfaceView{ privateMyRenderermMyRenderer; publicvoidstart(){ mMyRenderer=...; setRenderer(mMyRenderer); } publicbooleanonKeyDown(intkeyCode,KeyEventevent){ if(keyCode==KeyEvent.KEYCODE_DPAD_CENTER){ queueEvent(newRunnable(){ //Thismethodwillbecalledontherendering //thread: publicvoidrun(){ mMyRenderer.handleDpadCenter(); }}); returntrue; } returnsuper.onKeyDown(keyCode,event); } } GLSurfaceView是Android提供的一个非常值得学习的类，它实际上是一个如何在View中添加画图线程的例子， 如何在中使用线程的例子，如何添加事件队列的例子，一个使用SurfaceView画图的经典Sequence，一个如何定义Debug信息的例子， 觉得把它看懂了可以学到很多知识，具体的源码在：/framworks/base/opengl/java/android/opengl/GLSurfaceView.java。 3D的内容基本到这里基本讲完了，剩下的主要是如何使用OpenglAPI的问题了，可以看看APIdemo中简单的立方体， 复杂的可以看看它那个魔方的实现。下面我们总结一下3D画图需要用到的包： Android.opengl//主要定义了GLSurfaceView javax.microedition.khronos.egl//java层的egl接口 javax.microedition.khronos.opengles//openglAPI 三、了解了2D和3D基本的画图方法，我们再回过头来看看整个Android对Opengl和Ｓkia的调用层次关系 3.1、首先来看2D，2D是主要使用的图形引擎，毕竟3D受制于其过高的硬件要求在手机上使用还是比较少， 而且Skia也能部分实现类似于3D的效果，因此可以说SKia实现了Android平台上绝大多数的图形工作。 下面我们来看看从应用层到底层对skia的调用关系： Android对skia的调用是一个比较经典的调用过程，应用程序的几个包是在SDK中提供的； JNI放在框架的JNI目录下面的Graphic目录；skia是作为一个第三方组件放在external目录下面。我们可以稍微了解一下skia的结构： 这里主要涉及到的3个库： libcorecg.so包含/skia/src/core的部分内容，比如其中的Region，Rect是在SurfaceFlinger里面计算可是区域的操作基本单位 libsgl.so包含/skia/src/core|effects|images|ports|utils的部分和全部内容， 这个实现了skia大部分的图形效果，以及图形格式的编解码 libskiagl.so包含/skia/src/gl里面的内容，主要用来调用opengl实现部分效果 另外我看到/skia/src中有两个目录animator和view没有写入makefile的编译路径中， 我觉得这两个目录是很重要的，不知道是现在Android还没使用到，还是用其他的方式加载进去的。 要想在底层使用skia的接口来画图需要全面了解skia的一整套机制，实际上skia开源到现在还没多久， 在网上能找到的资料是也是很粗浅的，如果将来真需要在这方面下功夫肯定是需要一定的工作量的。 3.2、Android对3D的调用曾经让我迷惑了一段时间，因为在framewoks/base/core/jni这个目录一直没找到跟opengl相关的内容， 后面去仔细看看opengl里面的内容才知道Android把opengl的本地实现，JNI，java接口都放在/frameworks/base/opengl下面了， 而且它内部还带了一个工具可以生成JNI代码。 我们来看看opengl的目录结构： /include包含egl和gles所有的头文件 /java/android/opengl这个目录包含的就是我们3D画图要使用到的GLSurfaceView /java/com/google/android/gles_jni这个目录包含一些自动生成的文件 /java/javax/microedition/khronos/egl这就是应用层使用到的egl接口 /java/javax/microedition/khronos/opengl这就是应用层使用到的opengl接口 /libagl这个就是opengl主要的实现了 /libs这里面包含两个库的实现，一个是libegl.so还有一个是libGL|ES_CM.so /tools在我的理解这就是一个jni的生成工具 Opengl编程谁都知道是一个大工程，我觉得现在对3D的需求应该是很低的，很多效果我们使用skia也可以实现。 所以我觉得将来的重点应该还是放在skia上面。 实例1： SurfaceView的使用 packagecom.gameloft.SurfaceView; importandroid.content.Context; importandroid.graphics.Canvas; importandroid.graphics.Color; importandroid.graphics.Paint; importandroid.graphics.RectF; importandroid.view.SurfaceHolder; importandroid.view.SurfaceView; publicclassMainViewextendsSurfaceViewimplementsSurfaceHolder.Callback,Runnable{ SurfaceHolderholder; publicMainView(Contextcontext) { super(context); holder=this.getHolder();//获取holder holder.addCallback(this); surfaceHolder.setFormat(PixelFormat.OPAQUE); //surfaceHolder.setFormat(PixelFormat.RGB_565); //surfaceHolder.setFormat(PixelFormat.RGBA_8888); } booleanblRun=true; @Override publicvoidrun(){ while(blRun) { Canvascanvas=holder.lockCanvas();//获取画布 Paintpaint=newPaint(); paint.setColor(Color.BLUE); canvas.drawRect(newRectF(40,60,80,80),paint); canvas.drawLine(0,0,320,480,paint); holder.unlockCanvasAndPost(canvas);//解锁画布，提交画好的图像 System.out.println("run"); } } @Override publicvoidsurfaceChanged(SurfaceHolderholder,intformat,intwidth, intheight){ } @Override publicvoidsurfaceCreated(SurfaceHolderholder){ newThread(this).start(); } @Override publicvoidsurfaceDestroyed(SurfaceHolderholder){ blRun=false; } } 注意：surfaceHolder默认的格式PixelFormat.OPAQUE。 时间上的效率PixelFormat.OPAQUE最高，PixelFormat.RGB_565略低点， PixelFormat.RGBA_8888则要低很多。 在ALG的demo中： surfaceHolder的格式为PixelFormat.OPAQUE，FPS稳定在帧数38左右。 surfaceHolder的格式为PixelFormat.RGB_565，FPS稳定在帧数37左右。 surfaceHolder的格式为PixelFormat.RGBA_8888，FPS稳定在帧数19左右。 RGBA_8888也太慢了吧 </div>