OpenGL ES（Open Graphics Library for Embedded Systems） 是 OpenGL 的子集，专为嵌入式设备设计，如智能手机、平板电脑和嵌入式硬件（如树莓派、i.MX 等）。使用 OpenGL ES，您可以创建高性能的图形界面和 3D 渲染。
以下是使用 OpenGL ES 的指南：
1. OpenGL ES 的版本简介
- OpenGL ES 1.x: 仅支持固定函数管线，适合简单的图形应用。
- OpenGL ES 2.x: 引入了可编程着色器，适合更复杂和现代的图形应用。
- OpenGL ES 3.x: 增加了更多高级功能，如高级纹理操作、计算着色器等。
- OpenGL ES 3.2: 最接近现代 OpenGL 的功能。
通常选择 OpenGL ES 2.0 或更高版本，因为它们支持可编程着色器并被广泛使用。
2. 开发环境准备
2.1 硬件需求
- 支持 OpenGL ES 的嵌入式设备，如 Raspberry Pi、NVIDIA Jetson、i.MX、Android 设备等。
2.2 软件需求
- EGL：负责上下文管理、窗口系统绑定等。
- GLES：OpenGL ES 图形渲染 API。
- GLSL 着色器语言：用于编写顶点和片段着色器。
2.3 安装必要库
在 Linux 系统上，安装相关的开发库：
sudo apt update
sudo apt install libegl1-mesa-dev libgles2-mesa-dev
对于嵌入式平台（如树莓派），安装厂商提供的 OpenGL ES 驱动和工具。
3. OpenGL ES 基础架构
OpenGL ES 应用程序的典型工作流程：
-
EGL 初始化：
- 创建 OpenGL ES 上下文。
- 管理窗口系统和 GPU 驱动的交互。
-
OpenGL ES 渲染：
- 加载顶点和片段着色器。
- 配置顶点缓冲区。
- 设置纹理、颜色、深度缓冲等。
- 调用绘制函数进行渲染。
-
交换缓冲区：
- 将渲染内容显示到屏幕。
4. 编写一个简单的 OpenGL ES 示例
以下是一个使用 OpenGL ES 2.0 绘制三角形的示例：
4.1 C 程序结构
#include <EGL/egl.h>
#include <GLES2/gl2.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 顶点着色器源码
const char* vertex_shader_src ="attribute vec4 position;\n""void main() {\n"" gl_Position = position;\n""}\n";// 片段着色器源码
const char* fragment_shader_src ="precision mediump float;\n""void main() {\n"" gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n""}\n";// 检查编译状态
void check_shader_compile_status(GLuint shader) {GLint status;glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &status);if (status == GL_FALSE) {char buffer[512];glGetShaderInfoLog(shader, 512, NULL, buffer);printf("Shader Compile Error: %s\n", buffer);}
}int main() {// 初始化 EGLEGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);eglInitialize(display, NULL, NULL);// 配置 EGLEGLConfig config;EGLint num_configs;EGLint config_attribs[] = {EGL_SURFACE_TYPE, EGL_WINDOW_BIT,EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,EGL_NONE};eglChooseConfig(display, config_attribs, &config, 1, &num_configs);// 创建窗口（假设您使用 Native Window）EGLSurface surface = eglCreateWindowSurface(display, config, /*native_window=*/NULL, NULL);// 创建 OpenGL ES 上下文EGLint context_attribs[] = {EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,EGL_NONE};EGLContext context = eglCreateContext(display, config, EGL_NO_CONTEXT, context_attribs);eglMakeCurrent(display, surface, surface, context);// 编译顶点着色器GLuint vertex_shader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);glShaderSource(vertex_shader, 1, &vertex_shader_src, NULL);glCompileShader(vertex_shader);check_shader_compile_status(vertex_shader);// 编译片段着色器GLuint fragment_shader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);glShaderSource(fragment_shader, 1, &fragment_shader_src, NULL);glCompileShader(fragment_shader);check_shader_compile_status(fragment_shader);// 创建着色器程序GLuint shader_program = glCreateProgram();glAttachShader(shader_program, vertex_shader);glAttachShader(shader_program, fragment_shader);glLinkProgram(shader_program);glUseProgram(shader_program);// 设置三角形顶点GLfloat vertices[] = {0.0f, 0.5f, 0.0f,-0.5f, -0.5f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.0f};GLuint vbo;glGenBuffers(1, &vbo);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);GLint position_attrib = glGetAttribLocation(shader_program, "position");glEnableVertexAttribArray(position_attrib);glVertexAttribPointer(position_attrib, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), 0);// 渲染循环while (1) {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);eglSwapBuffers(display, surface);}// 清理资源glDeleteBuffers(1, &vbo);glDeleteProgram(shader_program);glDeleteShader(vertex_shader);glDeleteShader(fragment_shader);eglDestroySurface(display, surface);eglDestroyContext(display, context);eglTerminate(display);return 0;
}
4.2 编译和运行
编译：
gcc opengl_es_triangle.c -o opengl_es_triangle -lEGL -lGLESv2
运行：
在嵌入式设备或支持 OpenGL ES 的平台上运行：
./opengl_es_triangle
5. 开发工具和框架
5.1 常用框架
- SDL2: 提供窗口管理和 OpenGL ES 支持。
- Qt: 支持 OpenGL ES 的图形界面开发。
- glfw: 简化窗口管理和 OpenGL 上下文创建。
5.2 调试工具
- RenderDoc: 捕获和分析 OpenGL ES 渲染。
- Khronos glslangValidator: 验证 GLSL 着色器语法。
- GPU 厂商工具: 各 GPU 厂商（如 NVIDIA Nsight, ARM Mali）通常提供性能调优工具。
6. 高级功能
6.1 使用纹理
纹理是现代图形开发的重要部分，用于贴图、环境映射等。
示例：
GLuint texture;
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
// 上传纹理数据
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
// 配置纹理参数
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
6.2 帧缓冲对象（FBO）
用于离屏渲染，可以渲染到纹理或缓冲区，适合后处理效果。
通过以上步骤，您可以在嵌入式设备上使用 OpenGL ES 开发简单到复杂的图形应用。