1.手機的座標空間

我們都知道要想在手機上隨心所欲的繪製圖形，就必須瞭解手機的座標體系。下圖就是將座標對映到手機螢幕的座標。

 圖1手機螢幕基本座標系

2.OpenGL基本圖形

在OpenGL裡，只能繪製點，直線以及三角形。

三角形是最基本的圖形，因為它的結構如此穩定，它隨處可見，比如橋樑的結構化構件，它有三條邊用來連線它的三個頂點，如果我們拿掉其中一個頂點，剩下的就是一條直線，如果我們再拿掉一個點，就只剩下一個點了。

點和直線可以用於某些效果，但是隻有三角形才能用來構造擁有複雜的物件和紋理的場景。在OpenGL裡，我們把單獨的點放在一個組裡構建出三角形，再告訴OpenGL如何連線這些點。我們想要構建的所有東西都要用點，直線和三角形定義，如果想構建更復雜的圖形，例如拱形，那我們就需要用足夠的點擬合這樣的曲線。

3.使資料可以被OpenGL存取

當我們在模擬器或者裝置上編譯和執行Java程式碼的時候，它並不是直接執行在硬體上的，相反，它執行在一個特殊的環境上，即Dalvik虛擬機器。執行在虛擬機器上的程式碼不能直接訪問本地環境，除非通過特定的API。

Dalvik虛擬機器還使用了垃圾回收機制。這意味著，當虛擬機器檢測到一個變數，物件或者其他記憶體片段不在被使用時，就會這些記憶體釋放掉以備重用，它也能騰挪記憶體以提高空間使用效率。

本地環境並不是這樣工作的，它不期望記憶體塊會被移來移去或者被自動釋放。

Android之所以這樣設計，是因為開發者在開發程式的時候不必關心特定的CPU或者機器架構，也不必關心底層的記憶體管理。這通常都能工作得很好，除非要與本地系統互動，必須OpenGL。OpenGL作為本地系統庫直接執行在硬體上，沒有虛擬機器，也沒有垃圾回收或記憶體壓縮。

Dalvik方案是Android主要特點之一，但是，如果程式碼執行在虛擬機器內部，那它怎麼與OpenGL通訊呢？有兩種技術，第一種技術是使用Java本地介面JNI,這個技術已經由Android軟體開發部提供，當呼叫android.opengl.GLES20包裡方法時，軟體開發包實際上就是在後臺使用JNI呼叫本地系統庫。

第二種技術就是改變記憶體分配的方式，Java有一個特殊的類集合，它們可以分配本地記憶體塊，並且把Java資料複製到本地記憶體。本地記憶體可以被本地環境存取，而不受垃圾回收器的管理。

   圖2 從Dalvik到OpenGL傳輸資料

示例：

private float[] rectangle=｛

-0.5f,-0.5f,

0.5f,0.5f,

-0.5f,0.5f,

-0.5f,-0.5f,

0.5f,-0.5f,

0.5f,0.5f

｝

private static final int BYTES_PER_FLOAT=4;

private final FloatBuffer vertexData;

vertexData=ByteBuffer

.allocateDirect(rectangle.length*BYTES_PER_FLOAT)

.order(ByteOrder.nativeOrder())

.asFloatBuffer();

vertexData.put(rectangle);

這裡加入一個整型常量和一個FloatBuffer型別變數，一個java的浮點數有32位精度，而一個位元組只有8位精度，這點可能看起來很明顯，每個浮點數都佔4個位元組，而FloatBuffer用來在本地記憶體儲存資料。

首先，我們使用ByteBuffer.allocateDirect()分配了一塊本地記憶體，這塊記憶體不會被垃圾回收器管理。這個方法需要知道要分配多少個位元組的記憶體塊，因為頂點都儲存在一個浮點數組裡，並且每個浮點數有4個位元組，所以這塊記憶體的大小應該是rectangle.length*BYTES_PER_FLOAT。

下一行告訴位元組緩衝區按照本地位元組序組織它的內容。本地位元組序是指，當一個值佔用多個位元組時，比如32位整數，位元組按照從最重要位到最不重要位或者相反順序排列。可以認為這與從左到右或者從右到左寫一個數類似。知道這個排序並不重要，重要的是作為一個平臺要使用相同的排序，呼叫order(ByteOrder.nativeOrder())可以保證這一點。

最後，我們不願意直接操作單獨的位元組，而是希望使用浮點數，因此，呼叫asFloatBuffer()得到一個可以反映底層位元組的FloatBuffer類例項。然後就可以呼叫vertexData.put(rectangle)把資料從Dalvik的記憶體複製到本地記憶體了。當程序結束時，這塊記憶體會被釋放掉，所以，我們一般情況下不用關心它。但是，如果你在編寫程式碼的時候，建立了很多ByteBuffer，或者隨著程式執行產生了很多 ByteBuffer，你也許想學習一些碎片化以及記憶體管理的技術。

4.引入OpenGL管道

把圖形畫到螢幕上之前，它需要在OpenGL管道中傳遞，這就需要使用稱為著色器，這些著色器會告訴圖形處理單元如何繪製資料。有兩種型別的著色器，在繪製任何內容到螢幕之前，需要定義它們。

頂點著色器：生成每個頂點的最終位置，針對每個頂點，它都會執行一次，一旦最終位置確定了，OpenGL就可以這些可見頂點的集合組裝成點，直線以及三角形。

片段著色器：為組成點，直線或者三角形的每個片段生成最終的顏色，針對每個片段，它都會執行一次，一個片段是一個小小的，單一的顏色的長方形區域，類似於計算機螢幕上的一個畫素。

一旦最後的顏色生成了，OpenGL就會把它們寫到一塊稱為幀緩衝區的記憶體塊中，然後，Android會把這個幀緩衝區顯示到螢幕上。

圖3 OpenGL管道概述

5.建立頂點著色器

在Android專案中建立raw檔案，把著色器放入該資料夾下，便於引用。

示例simple_vertex_shader.glsl：

attribute vec4 a_Position;

void main()

{

gl_Position=a_Position;

}

這些著色器使用GLSL定義，GLSL是OpenGL的著色語言；這個著色語言的語法結構與C語言相似。

對於我們定義過的每個單一的定點，頂點著色器都會被呼叫一次；當它被呼叫的時候，它會在a_Position屬性裡接收當前頂點的位置，這個屬性被定義為vec4型別。

一個vec4是包含了4個分量的向量；在位置的上下文中，可以認為這4個分量是X,Y,Z和W座標，X,Y和Z對應一個三維位置，而W是一個特殊的座標，後面會專門講解W座標，現在暫時略過。如果沒有指定，預設情況下，OpenGL都是把向量的前三個座標設為0，並把最後一個座標設為1。

一個頂點會有幾個屬性，比如顏色和位置。關鍵詞"attribute"就是把這些屬性放進著色器的手段。

之後，可以定義main()，這是著色器的主要入口點；它所做的就是把前面定義過的位置複製到指定的輸出變數gl_Position；這個著色器一定要給gl_Position賦值；OpenGL會把gl_Position中儲存的位置當作頂點的最終位置，並把這些頂點組裝成點，直線和三角形。

6.建立片段著色器

光柵化技術

移動裝置的顯示屏是由成千上萬個小的，獨立的部件組成，它們被稱為畫素；這些畫素中的每一個都有能力顯示幾百萬種不同顏色範圍中的一種。然而，這實際上是一種視覺技巧：大多數顯示器並不能真正創造幾百萬種顏色，所以每個畫素通常是由三個單獨的子構建構成的，它們發出紅色，綠色，和藍色的光，因為每個畫素都非常小，人的眼睛會把紅色，綠色和藍色的光混合在一起，從而創造出巨量的顏色範圍；把足夠多的單獨的畫素放在一起，就能顯示出多種顏色。

OpenGL通過“光柵化”的過程把每個點，直線及三角形分解成大量的小片段，它們可以對映到移動裝置顯示屏上，從而生成一幅影象。這些片段類似於顯示屏上的畫素，每個都包含單一的純色。為了表示顏色，每個片段都有4個分量：其中紅色，綠色，藍色用來表示顏色，阿爾法分量用來表示透明度，

圖4光柵化：生成片段

編寫程式碼示例simple_fragment_shader.glsl:

precision mediump float;

uniform vec4 u_Color;

void main()

{

gl_FragColor=u_Color;

}

這個片段著色器中，檔案頂部的第一行程式碼定義了所有浮點資料型別的預設精度。這就像Java程式碼中選擇浮點數還是雙精度浮點數一樣。

可以選擇lowp,mediump,highp，它們分別對應低精度，中精度及高精度；然而，只有某些硬體實現支援在片段著色器中使用highp。

細心閱讀的可以發現為什麼頂點著色器沒有定義精度，其實頂點著色器同樣也可以定義精度，但是對於一個頂點而言，精確度是最重要的，OpenGL設計者決定把頂點著色器的精度預設設定成最高階-highp。

你可能已經猜到了，高精度資料型別更加準確，但是這是以降低效能為代價的；對於片段著色器，出於最大相容性的考慮，選擇了mediump，這也是基於速度和質量的權衡。

這個片段著色器的剩餘部分與早前定義的頂點著色器一樣。不過這次我們要傳遞一個uniform，它叫做u_Color。它不像屬性，每個頂點都要設定一個；一個uniform會讓每個頂點都使用同一個值，除非我們在次改變它。如定點著色器中的位置所使用的屬性一樣，u_Color也是一個四分量向量，但是在顏色的上下文中，這四分量分別對應紅色，綠色，藍色和阿爾法。

接著我們定義了main()，它是這個著色器的住入口點，它把我們在uniform裡定義的顏色複製到那個特殊的輸出變數---gl_FragColor。著色器一定要給gl_FragColor賦值，OpenGL會使用這個顏色作為當前片段的最終顏色。

記住一個句話就完全瞭解片段著色器：片段著色器的主要目的就是告訴GPU每個片段的最終顏色應該是什麼。

記住一個句話就完全瞭解頂點著色器：頂點著色器的主要目的就是確定每個頂點的最終位置。