Android Graphic ： apk and Skia/OpenGL|ES

Android apk裏面的畫圖分爲2D和3D兩種：2D是由 Skia 來實現的，也就是咱們在框架圖上看到的SGL，SGL也會調用部分opengl的內容來實現簡單的3D效果；3D部分是由OpenGL|ES實現的，OpenGL|ES是Opengl的嵌入式版本，咱們先了解一下Android apk的幾種畫圖方式，而後再來來看一看這一整套的圖形體系是怎麼創建的。

首先畫圖都是針對提供給 應用程序的一塊內存填充 數據 ， 沒去研究過一個Activity是否就對應着底層的一個surface，可是應該都是對這塊surface內存進行操做。所以說穿了就是咱們要麼調用2D 的API畫圖，要麼調用3D的API畫圖，而後將畫下來的圖保存在這個內存中，最後這個內存裏面的內容會被Opengl渲染之後變爲能夠在屏幕上的像素信息。

一 、Apk應用主要關心的仍是這些API的使用，在Android apk裏面畫圖有2種方式 [2D]：

一、Simple Graphics in View

就是直接使用Android已經實現的一些畫圖操做，好比說images，shapes，colors，pre-defined animation等等，這些簡單的畫圖操做其實是由skia來提供的2D圖形操做。使用這些預約義好的操做，咱們能夠實現諸如貼一張背景圖啊，畫出簡單的形狀，實現一些簡單的動畫之類的操做。這裏的簡單能夠這麼理解，就是咱們在這裏沒有一筆一畫地構造出一個圖形出來，咱們只是把咱們的Graphic資源放入View體系中，由系統來將這些Graphic畫出來。

舉個例子：咱們如今在Activity裏面綁定一個ImageView，咱們能夠設置這個ImageView的內容是咱們的picture，而後咱們可讓這個picture總體顏色上來點藍色調，而後咱們還能夠爲這個ImageView加入一個預約義動畫，這樣當系統要顯示這個View的時候就會顯示咱們的picture，而且會有動畫，並帶有一個藍色調，咱們並無本身去定義畫圖操做， 而是將這些內容放入View中，由系統來將這些內容畫出來。這種方式只能畫靜態或者極爲簡單的2D圖畫，對於實時性很強的動畫，高品質的遊戲都是無法實現的。

二、Canvas

首先咱們要明白這個Canvas是一個2D的概念，是在Skia中定義的。也就是說在這個方式下仍是說的畫2D圖形。咱們能夠把這個Canvas理解成系統提供給咱們的一塊內存區域(但實際上它只是一套畫圖的API，真正的內存是下面的Bitmap)，並且它還提供了一整套對這個內存區域進行操做的方法，全部的這些操做都是畫圖API。也就是說在這種方式下咱們已經能一筆一劃或者使用Graphic來畫咱們所須要的東西了，要畫什麼要顯示什麼都由咱們本身控制。

這種方式根據環境還分爲兩種：一種就是使用普通View的canvas畫圖，還有一種就是使用專門的SurfaceView的canvas來畫圖。 兩種的主要是區別就是能夠在SurfaceView中定義一個專門的線程來完成畫圖工做，應用程序不須要等待View的刷圖，提升性能。前面一種適合處理 量比較小，幀率比較小的動畫，好比說象棋遊戲之類的；然後一種主要用在遊戲，高品質動畫方面的畫圖。下面是這兩種方式的典型sequence ：

2.一、View canvas

(1)  定義一個本身的View ：class your_view extends View{}  ；
(2)  重載View的onDraw方法：protected void onDraw(Canvas canvas){} ；
(3)  在onDraw方法中定義你本身的畫圖操做 ；
            
ps: 能夠定義本身的Btimap：

Bitmap b = Bitmap.createBitmap(100, 100, Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas c = new Canvas(b);

可是必須將這個Bitmap放入View的canvas中，畫的圖才能顯示出來：public void drawBitmap (Bitmap bitmap, Matrix matrix, Paint paint)  ；

invalidate()這個函數被調用後，系統會在不久的未來從新調用onDraw()函數，這個時間很短但並非可預知的，我曾經在onDraw() 中寫了一個if語句，利用validate讓系統死循環調用onDraw刷兩張圖，幾乎上這兩張圖是刷在一塊兒的。

2.二、Surface View Canvas

(1)  定義一個本身的SurfaceView : class your_surfaceview extends SurfaceView  implements SurfaceHolder.Callback() {}  ;
(2)  實現SurfaceHolder.Callback的3個方法surfaceCreated()   surfaceChanged()   surfaceDestroyed() ;
(3)  定義本身的專一於畫圖的線程  : class your_thread extends Thread() {} ;
(4)  重載線程的run()函數  ［通常在run中定義畫圖操做，在surfaceCreated中啓動這個線程］
(5)  畫圖的過程通常是這樣的：

SurfaceHolder surfaceHolder = getHolder() ;//取得holder，這個holder主要是對surface操做的適配，用戶不具有對surface操做的權限
surfaceHolder.addCallback(this) ;   //註冊實現好的callback
Canvas canvas ＝ surfaceHolder.lockCanvas() ; //取得畫圖的Canvas
/*---------------------------------畫圖
**-------------------------------- 畫圖結束*/
surfaceHolder.unlockCanvasAndPost() ; //提交併顯示

全部前面3種方式的畫圖的一些例子在SDK上都有，寫得也比較清楚，我這裏就不說了，這裏寫一下我調這些代碼過程一些小經驗，應該主要涉及的是Activity這方面，應該之後都用獲得：

首先是關於Eclipse的 ：
(1) ctrl ＋ shift ＋ O 能夠自動添加須要的依賴包，這功能挺實用的以爲，還有alt + /是語法補全 ；
(2) 代碼中右鍵比較實用的功能有不少，我記得的是F3找類的聲明，F4找類的繼承關係 ；
(3) 斷點調試比較方便的，在Eclipse的右上交能夠選擇閱讀代碼的方式，還能經如debug模式，我如今用到的兩個打log的方式：
             Log.e("class", "value : "+ classname) ;    //檢測class是否爲空指針
             Log.e(this.getClass().getName(), "notice message") ;

而後是關於Activity的 ：
(1) 首先儘可能把UI的設計放在XML中實現，而不要放在代碼中實現，這樣方便設計，修改和移植 ；
(2) 全部使用到的component都必須在manifest中聲明，否則程序中找不到相應的conponet的時候會報錯 ；
(3) 通常每個Activity都對應於一個類，和一個相應的佈局文件xml ；
(4) 每個Activity只有使用setContentView()綁定內容後纔會顯示，並且你才能從這個內容(好比xml中)獲取到你須要的元素 ；
(5) res/drawable和res/raw中的元素的區別是drawable中的元素像素可能會被系統優化，而raw中的不會被優化 ；
(6) 當多個Activity都從res/drawable中得到同一個元素，若是其中一個修改它的屬性，全部其餘的Activity中這個元素的相應屬性都會改變 ；
(7) res/anim中保存的是動畫相關的xml ；

下面咱們總結如下2D畫圖用到的包 ：

android.view                   //畫圖是在View中進行的
android.view.animation         //定義了一些簡單的動畫效果Tween Animation 和 Frame. Animation
android.graphics                  //定義了畫圖比較通用的API，好比canvas，paint，bitmap等
android.graphics.drawable //定義了相應的Drawable(可畫的東西)，好比說BitmapDrawable，PictureDrawable等
android.graphics.drawable.shapes          //定義了一些shape

2、瞭解了2D，咱們再來看看3D的畫圖方式。

3D畫圖SDK上講得很簡單，只是提了一個通用的方式，就是繼承一個View，而後在這個View裏面得到 Opengl的句柄進行畫圖，道理應該來講是和2D同樣的，差異就是一個是使用2D的API畫圖，一個是使用3D的。不過由於3D openGl|ES具備一套自己的運行機制，好比渲染的過程控制等，所以Android爲咱們提供了一個專門的用在3D畫圖上的 GLSurfaceView。這個類被放在一個單獨的包android.opengl裏面，其中實現了其餘View所不具有的操做：

(1) 具備OpenGL|ES調用過程當中的錯誤跟蹤，檢查工具，這樣就方便了Opengl編程過程的debug ；
(2) 全部的畫圖是在一個專門的Surface上進行，這個Surface能夠最後被組合到android的View體系中 ；
(3) 它能夠根據EGL的配置來選擇本身的buffer類型，好比RGB565，depth＝16 (這裏有點疑問，SurfaceHolder的類型是SURFACE_TYPE_GPU，內存就是從EGL分配過來的？)
(4) 全部畫圖的操做都經過render來提供，並且render對Opengl的調用是在一個單獨的線程中
(5) Opengl的運行週期與Activity的生命週期能夠協調

下面咱們再看看利用GLSurface畫3D圖形的一個典型的Sequence
(1)  選擇你的EGL配置(就是你畫圖須要的buffer類型) [optional] ：

setEGLConfigChooser(boolean)
setEGLConfigChooser(EGLConfigChooser) 
setEGLConfigChooser(int, int, int, int, int, int)

(2) 選擇是否須要Debug信息 [optional] :

setDebugFlags(int)
setGLWrapper(GLSurfaceView.GLWrapper).

(3) 爲GLSurfaceView註冊一個畫圖的renderer ： setRenderer(GLSurfaceView.Renderer)
(4) 設置reander mode，能夠爲持續渲染或者根據 命令來渲染,默認是continuous rendering [optional]： setRenderMode(int)

這裏有一個要注意的地方就是必須將Opengl的運行和Activity的生命週期綁定在一塊兒，也就是說Activity pause的時候，opengl的渲染也必須pause。另外GLSurfaceView還提供了一個很是實用的線程間交互的函數 queueEvent(Runnable)，能夠用在主線程和render線程之間的交互，下面就是SDK提供的範例：
    

class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView {
     private MyRenderer mMyRenderer;
     public void start() {
         mMyRenderer = ...;
         setRenderer(mMyRenderer);
     }
     public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
         if (keyCode == KeyEvent.KEYCODE_DPAD_CENTER) {
             queueEvent(new Runnable() {
                 // This method will be called on the rendering
                 // thread:
                 public void run() {
                     mMyRenderer.handleDpadCenter();
                 }});
             return true;
         }
         return super.onKeyDown(keyCode, event);
      }
   }

GLSurfaceView是Android提供的一個很是值得 學習的類，它其實是一個如何在View中添加畫圖線程的例子，如何在 Java 中使用線程的例子，如何添加事件隊列的例子，一個使用SurfaceView畫圖的經典Sequence，一個如何定義Debug信息的例子，以爲把它看懂了能夠學到不少 知識 ，具體的源碼在：/framworks/base/opengl/java/android/opengl/GLSurfaceView.java 。

3D的內容基本到這裏基本講完了，剩下的主要是如何使用Opengl API的問題了，能夠看看API demo中簡單的立方體，複雜的能夠看看它那個魔方的實現。下面咱們總結一下3D畫圖須要用到的包：

Android.opengl     //主要定義了GLSurfaceView
javax.microedition.khronos.egl   //java層的egl接口
javax.microedition.khronos.opengles  //opengl　API

3、瞭解了2D和3D基本的畫圖方法，咱們再回過頭來看看整個Android對Opengl和Skia的調用層次關係

3.一、首先來看2D，2D是主要使用的圖形引擎，畢竟3D受制於其太高的硬件要求在手機上使用仍是比較少，並且Skia也能部分實現相似於3D的效果， 所以能夠說SKia實現了Android平臺上絕大多數的圖形工做。下面咱們來看看從應用層到底層對skia的調用關係：
  
Android對skia的調用是一個比較 經典的調用過程，應用程序的幾個包是在SDK中提供的；JNI放在框架的JNI目錄下面的Graphic目錄；skia是做爲一個第三方組件放在external目錄下面。咱們能夠稍微瞭解一下skia的結構：      
   
這裏主要涉及到的3個庫：

• libcorecg.so  包含/skia/src/core的部份內容，好比其中的Region，Rect是在SurfaceFlinger裏面計算但是區域的操做基本單位
• libsgl.so        包含/skia/src/core|effects|images|ports|utils的部分和所有內容，這個實現了skia大部分的圖形效果，以及圖形格式的編解碼
• libskiagl.so   包含/skia/src/gl裏面的內容，主要用來調用opengl實現部分效果

另外我看到/skia/src中有兩個目錄animator和view沒有寫入makefile的編譯路徑中，我以爲這兩個目錄是很重要的，不知道是如今Android還沒使用到，仍是用其餘的方式加載進去的。

要想在底層使用skia的接口來畫圖須要全面瞭解skia的一整套機制，實際上skia開源到如今還沒多久，在網上能找到的資料是也是很粗淺的，若是未來真須要在這方面下功夫確定是須要必定的工做量的。

3.二、Android對3D的調用曾經讓我迷惑了一段時間，由於在framewoks/base/core/jni這個目錄一直沒找到跟opengl相關的內容，後面去仔細看看opengl裏面的內容才知道Android把opengl的本地實現，JNI，java接口都放在/frameworks /base/opengl下面了，並且它內部還帶了一個工具能夠生成JNI代碼。

  

咱們來看看opengl的目錄結構：

•      /include     包含egl和gles全部的頭文件
•      /java/android/opengl   這個目錄包含的就是咱們3D畫圖要使用到的GLSurfaceView
•      /java/com/google/android/gles_jni   這個目錄包含一些自動生成的文件
•      /java/javax/microedition/khronos/egl   這就是應用層使用到的egl接口
•      /java/javax/microedition/khronos/opengl  這就是應用層使用到的opengl接口
•      /libagl  這個就是opengl主要的實現了
•      /libs  這裏麪包含兩個庫的實現，一個是libegl.so 還有一個是libGL|ES_CM.so
•      /tools  在個人理解這就是一個jni的生成工具

Opengl編程誰都知道是一個大工程，我以爲如今對3D的需求應該是很低的，不少效果咱們使用skia也能夠實現。因此我以爲未來的重點應該仍是放在skia上面。