Android中常見的圖形繪制方式總結

Posted on 2021-07-03 by WalkonNet

圖形繪制概述

Android平臺提供豐富的官方控件給開發者實現界面UI開發，但在實際業務中經常會遇到各種各樣的定制化需求，這必須由開發者通過自繪控件的方式來實現。通常Android提供瞭Canvas和OpenGL ES兩種方式來實現，其中Canvas借助於Android底層的Skia 2D向量圖形處理函數庫來實現的。具體如何通過Canvas和OpenGL來繪制圖形呢？這必須依賴於Android提供的View類來具體實現，下面組合幾種常見的應用方式，如下所示：

Canvas

View + Canvas
SurfaceView + Canvas
TextureView + Canvas

OpenGL ES

SurfaceView + OpenGL ES
GLSurfaceView + OpenGL ES
TextureView + OpenGL ES

View + Canvas

這是一種通常使用的自繪控件方式，通過重寫View類的onDraw(Canvas canvas)方法實現。當需要刷新繪制圖形時，調用invalidate()方法讓View對象自身進行刷新。該方案比較簡單，涉及自定義邏輯較少，缺點是繪制邏輯在UI線程中進行，刷新效率不高，且不支持3D渲染。

public class CustomView extends View {
    public CustomView(Context context) {
        super(context);
    }
 
    public CustomView(Context context, @Nullable AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
    }
 
    public CustomView(Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
    }
 
    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        // draw whatever.
    }
}

SurfaceView + Canvas

這種方式相對於View + Canvas方式在於使用SurfaceView，因此會在Android的WMS系統上創建一塊自己的Surface進行渲染繪制，其繪制邏輯可以在獨立的線程中進行，因此性能相對於View + Canvas方式更高效。但通常情況下需要創建一個繪制線程，以及實現SurfaceHolder.Callback接口來管理SurfaceView的生命周期，其實現邏輯相比View + Canvas略復雜。另外它依然不支持3D渲染，且Surface因不在View hierachy中，它的顯示也不受View的屬性控制，所以不能進行平移，縮放等變換，也不能放在其它ViewGroup中，SurfaceView 不能嵌套使用。

public class CustomSurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback, Runnable {
 
    private boolean mRunning = false;
    private SurfaceHolder mSurfaceHolder;
 
    public CustomSurfaceView(Context context) {
        super(context);
        initView();
    }
 
    public CustomSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        initView();
    }
 
    public CustomSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        initView();
    }
 
    private void initView() {
        getHolder().addCallback(this);
    }
 
    @Override
    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
        mSurfaceHolder = holder;
        new Thread(this).start();
    }
 
    @Override
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
        mSurfaceHolder = holder;
    }
 
    @Override
    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
        mRunning = false;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        mRunning = true;
        while (mRunning) {
            SystemClock.sleep(333);
            Canvas canvas = mSurfaceHolder.lockCanvas();
            if (canvas != null) {
                try {
                    synchronized (mSurfaceHolder) {
                        onRender(canvas);
                    }
                } finally {
                    mSurfaceHolder.unlockCanvasAndPost(canvas);
                }
            }
        }
    }
 
    private void onRender(Canvas canvas) {
        // draw whatever.
    }
}

TextureView + Canvas

該方式同SurfaceView + Canvas方式有些類似，但由於它是通過TextureView來實現的，所以可以摒棄Surface不在View hierachy中缺陷，TextureView不會在WMS中單獨創建窗口，而是作為View hierachy中的一個普通View，因此可以和其它普通View一樣進行移動，旋轉，縮放，動畫等變化。這種方式也有自身缺點，它必須在硬件加速的窗口中才能使用，占用內存比SurfaceView要高，在5.0以前在主UI線程渲染，5.0以後有單獨的渲染線程。

public class CustomTextureView extends TextureView implements TextureView.SurfaceTextureListener, Runnable {
 
    private boolean mRunning = false;
    private SurfaceTexture mSurfaceTexture;
    private Surface mSurface;
    private Rect mRect;
 
    public CustomTextureView(Context context) {
        super(context);
        initView();
    }
 
    public CustomTextureView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        initView();
    }
 
    public CustomTextureView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        initView();
    }
 
    private void initView() {
        setSurfaceTextureListener(this);
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture surface, int width, int height) {
        mSurfaceTexture = surface;
        mRect = new Rect(0, 0, width, height);
        mSurface = new Surface(mSurfaceTexture);
        new Thread(this).start();
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceTextureSizeChanged(SurfaceTexture surface, int width, int height) {
        mSurfaceTexture = surface;
        mRect = new Rect(0, 0, width, height);
        mSurface = new Surface(mSurfaceTexture);
    }
 
    @Override
    public boolean onSurfaceTextureDestroyed(SurfaceTexture surface) {
        mRunning = false;
        return false;
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceTextureUpdated(SurfaceTexture surface) {
 
    }
 
    @Override
    public void run() {
        mRunning = true;
        while (mRunning) {
            SystemClock.sleep(333);
            Canvas canvas = mSurface.lockCanvas(mRect);
            if (canvas != null) {
                try {
                    synchronized (mSurface) {
                        onRender(canvas);
                    }
                } finally {
                    mSurface.unlockCanvasAndPost(canvas);
                }
            }
        }
    }
 
    private void onRender(Canvas canvas) {
        canvas.drawColor(Color.RED);
        // draw whatever.
    }
}

以上都是2D圖形渲染常見的方式，如果想要進行3D圖形渲染或者是高級圖像處理（比如濾鏡、AR等效果），就必須得引入OpenGL ES來實現瞭。OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是 OpenGL 三維圖形 API 的子集，針對手機、PDA和遊戲主機等嵌入式設備而設計，是一種圖形渲染API的設計標準，不同的軟硬件開發商在OpenGL API內部可能會有不同的實現方式。

下面介紹一下在Android平臺上，如何進行OpenGL ES渲染繪制，通常有以下三種方式：

SurfaceView + OpenGL ES

EGL是OpenGL API和原生窗口系統之間的接口，OpenGL ES 的平臺無關性正是借助 EGL 實現的，EGL 屏蔽瞭不同平臺的差異。如果使用OpenGL API來繪制圖形就必須先構建EGL環境。

通常使用 EGL 渲染的一般步驟：

– 獲取 EGLDisplay對象，建立與本地窗口系統的連接調用eglGetDisplay方法得到EGLDisplay。

– 初始化EGL方法，打開連接之後，調用eglInitialize方法初始化。

– 獲取EGLConfig對象，確定渲染表面的配置信息調用eglChooseConfig方法得到 EGLConfig。

– 創建渲染表面EGLSurface通過EGLDisplay和EGLConfig，調用eglCreateWindowSurface或eglCreatePbufferSurface方法創建渲染表面得到EGLSurface。

– 創建渲染上下文EGLContext通過EGLDisplay和EGLConfig，調用eglCreateContext方法創建渲染上下文，得到EGLContext。

– 綁定上下文通過eglMakeCurrent 方法將 EGLSurface、EGLContext、EGLDisplay 三者綁定，綁定成功之後OpenGLES環境就創建好瞭，接下來便可以進行渲染。

– 交換緩沖OpenGLES 繪制結束後，使用eglSwapBuffers方法交換前後緩沖，將繪制內容顯示到屏幕上，而屏幕外的渲染不需要調用此方法。

– 釋放EGL環境繪制結束後，不再需要使用EGL時，需要取消eglMakeCurrent的綁定，銷毀 EGLDisplay、EGLSurface、EGLContext三個對象。

以上EGL環境構建比較復雜，這裡先不做過多解釋，下面可以通過代碼參考其具體實現：

public class OpenGLSurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback, Runnable {
    private boolean mRunning = false;
    private SurfaceHolder mSurfaceHolder;
 
    public OpenGLSurfaceView(Context context) {
        super(context);
        initView();
    }
 
    public OpenGLSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        initView();
    }
 
    public OpenGLSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        initView();
    }
 
    private void initView() {
        getHolder().addCallback(this);
    }
 
    @Override
    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
        mSurfaceHolder = holder;
        new Thread(this).start();
    }
 
    @Override
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
        mSurfaceHolder = holder;
    }
 
    @Override
    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
        mRunning = false;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        //創建一個EGL實例
        EGL10 egl = (EGL10) EGLContext.getEGL();
        //
        EGLDisplay dpy = egl.eglGetDisplay(EGL10.EGL_DEFAULT_DISPLAY);
        //初始化EGLDisplay
        int[] version = new int[2];
        egl.eglInitialize(dpy, version);
 
        int[] configSpec = {
                EGL10.EGL_RED_SIZE,      5,
                EGL10.EGL_GREEN_SIZE,    6,
                EGL10.EGL_BLUE_SIZE,     5,
                EGL10.EGL_DEPTH_SIZE,   16,
                EGL10.EGL_NONE
        };
 
        EGLConfig[] configs = new EGLConfig[1];
        int[] num_config = new int[1];
        //選擇config創建opengl運行環境
        egl.eglChooseConfig(dpy, configSpec, configs, 1, num_config);
        EGLConfig config = configs[0];
 
        EGLContext context = egl.eglCreateContext(dpy, config,
                EGL10.EGL_NO_CONTEXT, null);
        //創建新的surface
        EGLSurface surface = egl.eglCreateWindowSurface(dpy, config, mSurfaceHolder, null);
        //將opengles環境設置為當前
        egl.eglMakeCurrent(dpy, surface, surface, context);
        //獲取當前opengles畫佈
        GL10 gl = (GL10)context.getGL();
 
        mRunning = true;
        while (mRunning) {
            SystemClock.sleep(333);
            synchronized (mSurfaceHolder) {
                onRender(gl);
 
                //顯示繪制結果到屏幕上
                egl.eglSwapBuffers(dpy, surface);
            }
        }
 
        egl.eglMakeCurrent(dpy, EGL10.EGL_NO_SURFACE, EGL10.EGL_NO_SURFACE, EGL10.EGL_NO_CONTEXT);
        egl.eglDestroySurface(dpy, surface);
        egl.eglDestroyContext(dpy, context);
        egl.eglTerminate(dpy);
    }
 
    private void onRender(GL10 gl) {
        gl.glClearColor(1.0F, 0.0F, 0.0F, 1.0F);
        // Clears the screen and depth buffer.
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT
                | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    }
}

從上面的代碼可以看到，相對於SurfaceView + Canvas的繪制方式，主要有以下兩點變化：

在while(true)循環前後增加瞭EGL環境構造的代碼
onRender()方法內參數用的是GL10而不是Canvas

GLSurfaceView + OpenGL ES

由於構建EGL環境比較繁瑣，以及還需要健壯地維護一個線程，直接使用SurfaceView進行OpenGL繪制並不方便。幸好Android平臺提供GLSurfaceView類，很好地封裝瞭這些邏輯，使開發者能夠快速地進行OpenGL的渲染開發。要使用GLSurfaceView類進行圖形渲染，需要實現GLSurfaceView.Renderer接口，該接口提供一個onDrawFrame(GL10 gl)方法，在該方法內實現具體的渲染邏輯。

public class OpenGLGLSurfaceView extends GLSurfaceView implements GLSurfaceView.Renderer {
    public OpenGLGLSurfaceView(Context context) {
        super(context);
        setRenderer(this);
    }
 
    public OpenGLGLSurfaceView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        setRenderer(this);
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
        // pass through
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
        gl.glViewport(0, 0, width, height);
    }
 
    @Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {
        gl.glClearColor(1.0F, 0.0F, 0.0F, 1.0F);
        // Clears the screen and depth buffer.
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT
                | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    }
}

TextureView + OpenGL ES

該方式跟SurfaceView + OpenGL ES使用方法比較類似，使用該方法有個好處是它是通過TextureView來實現的，所以可以摒棄Surface不在View hierachy中缺陷，TextureView不會在WMS中單獨創建窗口，而是作為View hierachy中的一個普通View，因此可以和其它普通View一樣進行移動，旋轉，縮放，動畫等變化。這裡使用TextureView類在構建EGL環境時需要註意，傳入eglCreateWindowSurface()的參數是SurfaceTexture實例。

public class OpenGLTextureView extends TextureView implements TextureView.SurfaceTextureListener, Runnable {
    private boolean mRunning = false;
    private SurfaceTexture mSurfaceTexture;
 
    public OpenGLTextureView(Context context) {
        super(context);
        initView();
    }
 
    public OpenGLTextureView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        initView();
    }
 
    public OpenGLTextureView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        initView();
    }
 
    private void initView() {
        setSurfaceTextureListener(this);
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture surface, int width, int height) {
        mSurfaceTexture = surface;
        new Thread(this).start();
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceTextureSizeChanged(SurfaceTexture surface, int width, int height) {
        mSurfaceTexture = surface;
    }
 
    @Override
    public boolean onSurfaceTextureDestroyed(SurfaceTexture surface) {
        mRunning = false;
        return false;
    }
 
    @Override
    public void onSurfaceTextureUpdated(SurfaceTexture surface) {
 
    }
 
    @Override
    public void run() {
        //創建一個EGL實例
        EGL10 egl = (EGL10) EGLContext.getEGL();
        //
        EGLDisplay dpy = egl.eglGetDisplay(EGL10.EGL_DEFAULT_DISPLAY);
        //初始化EGLDisplay
        int[] version = new int[2];
        egl.eglInitialize(dpy, version);
 
        int[] configSpec = {
                EGL10.EGL_RED_SIZE,      5,
                EGL10.EGL_GREEN_SIZE,    6,
                EGL10.EGL_BLUE_SIZE,     5,
                EGL10.EGL_DEPTH_SIZE,   16,
                EGL10.EGL_NONE
        };
 
        EGLConfig[] configs = new EGLConfig[1];
        int[] num_config = new int[1];
        //選擇config創建opengl運行環境
        egl.eglChooseConfig(dpy, configSpec, configs, 1, num_config);
        EGLConfig config = configs[0];
 
        EGLContext context = egl.eglCreateContext(dpy, config,
                EGL10.EGL_NO_CONTEXT, null);
        //創建新的surface
        EGLSurface surface = egl.eglCreateWindowSurface(dpy, config, mSurfaceTexture, null);
        //將opengles環境設置為當前
        egl.eglMakeCurrent(dpy, surface, surface, context);
        //獲取當前opengles畫佈
        GL10 gl = (GL10)context.getGL();
 
        mRunning = true;
        while (mRunning) {
            SystemClock.sleep(333);
            synchronized (mSurfaceTexture) {
                onRender(gl);
 
                //顯示繪制結果到屏幕上
                egl.eglSwapBuffers(dpy, surface);
            }
        }
 
        egl.eglMakeCurrent(dpy, EGL10.EGL_NO_SURFACE, EGL10.EGL_NO_SURFACE, EGL10.EGL_NO_CONTEXT);
        egl.eglDestroySurface(dpy, surface);
        egl.eglDestroyContext(dpy, context);
        egl.eglTerminate(dpy);
    }
 
    private void onRender(GL10 gl) {
        gl.glClearColor(1.0F, 0.0F, 1.0F, 1.0F);
        // Clears the screen and depth buffer.
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT
                | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    }
}

代碼示例參考

github.com/sunjinbo/hi…

總結

到此這篇關於Android中常見圖形繪制方式的文章就介紹到這瞭,更多相關Android圖形繪制方式內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

Android中常見的圖形繪制方式總結

目錄

圖形繪制概述

View + Canvas

SurfaceView + Canvas

TextureView + Canvas

SurfaceView + OpenGL ES

GLSurfaceView + OpenGL ES

TextureView + OpenGL ES

總結

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