Android OpenGL ES 九. FBO离屏渲染（转载补充）

离屏渲染（FrameBufferObject）
今天为大家介绍离屏渲染的概念。在OpenGL中，GPU屏幕渲染有以下两种方式：

1.On-Screen Rendering

意为当前屏幕渲染，指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。（例如我们显示/录制的Surface）

2.Off-Screen Rendering
意为离屏渲染，指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。（区别于Surface的另外一种渲染区）

我们用于预览/录制的Surface都是由Android系统提供给OpenGL渲染的帧缓冲区，OpenGL的所有渲染结果都是直接到达到帧缓冲区，这是on-screen的渲染方式；

除此方式以外，OpenGL还扩展提供了一种方式来创建额外的帧缓冲区对象（FBO）。使用帧缓冲区对象，OpenGL可以将原先绘制到窗口提供的帧缓冲区重定向到FBO之中。和窗口提供的帧缓冲区类似，FBO提供了一系列的缓冲区，包括颜色缓冲区、深度缓冲区和模板缓冲区。这些逻辑的缓冲区在FBO中被称为 framebuffer-attachable说明它们是可以绑定到FBO的对象数组上。

FBO中有两类绑定的对象：纹理图像（texture images）和渲染图像（renderbuffer images）。如果纹理对象绑定到FBO，那么OpenGL就会执行渲染到纹理（render to texture）的操作，如果渲染对象绑定到FBO，那么OpenGL会执行离屏渲染(offscreen rendering)

FBO可以理解为包含了许多挂接点的一个对象，它自身并不存储图像相关的数据，他提供了一种可以快速切换外部纹理对象和渲染对象挂接点的方式，在FBO中必然包含一个深度缓冲区挂接点和一个模板缓冲区挂接点，同时还包含许多颜色缓冲区挂节点（具体多少个受OpenGL实现的影响，可以通过GL_MAX_COLOR_ATTACHMENTS使用glGet查询），FBO的这些挂接点用来挂接纹理对象和渲染对象，这两类对象中才真正存储了需要被显示的数据。FBO提供了一种快速有效的方法挂接或者解绑这些外部的对象，对于纹理对象使用 glFramebufferTexture2D，对于渲染对象使用glFramebufferRenderbuffer 。具体描述参考下图：

上面是知识概念，而且已经画出了重点。白话文解释：FBO是一个挂接器，类似画家画画用的托架；其中FBO只能挂接两种对象，纹理图像 和 渲染图像，这个理解就是画家准备创作作品前，在托架上放的是油画纸还是水墨纸（纹理），或者根本不是放画纸，放的是木板雕刻（渲染模板）。最后我们等画家创作出他的艺术品后，直接搬到到展示区，呈现給大家。（鼓掌散花）
3、创建FBO
既然我们已经认识了什么是FBO，接下来我们就认识认识关于FBO的OpenGL.API

和其他VAO，VBO，IBO一样，通过调用Gen****，创建FBO，代码如下：

    final int frameBuffers[] = new int[1];
    GLES20.glGenFramebuffers(1, frameBuffers, 0);
    if (frameBuffers[0] == 0) {
        int i = GLES20.glGetError();
        throw new RuntimeException("Could not create a new frame buffer object, glErrorString : "+ GLES20.glGetString(i));
    }
    int frameBufferId = frameBuffers[0];

接着，我们开始使用FBO的时候，需要通过绑定纹理对象来锁定挂接渲染区。

    int textureId = createFBOTexture(width, height, format); //创建指定format的纹理对象
    GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, frameBufferId); //绑定fbo进行操作
    GLES20.glFramebufferTexture2D(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, //说明FBO挂接操作
                                GLES20.GL_COLOR_ATTACHMENT0, //指定挂接区是单元0
                                GLES20.GL_TEXTURE_2D, //说明挂接的是纹理对象
                                textureId, //具体挂接的纹理对象
                                 0);

接着我们就可以渲染了（draw），当渲染结束后，我们就需要解绑FBO，告诉OpenGL我们已经不需要在FBO上创作了。

    GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, frameBufferId);

最后，展览结束关门了，我们需要收拾东西。

    GLES20.glDeleteFramebuffers(1, new int[]{frameBufferId}, 0);
    GLES20.glDeleteTextures(1, new int[]{textureId}, 0);

4、使用FBO
接下来我给自己的FBO封装使用。

public interface IFboRender {
    void onBindFbo();

    void onUnbindFbo();

    void onSurfaceCreated(int viewWidth, int viewHeight);

    void onSurfaceChanged(int width, int height);

    void onDrawFrame();
}


public class FboRender implements IFboRender {
    private static final String TAG = "FboRender";
    private int mFobWidth = 0;
    private int mFboHeight = 0;

    public final String mVertexShaderStr = "attribute vec4 v_Position;\n" +
            "    attribute vec2 f_Position;\n" +
            "    varying vec2 ft_Position;\n" +
            "    void main() {\n" +
            "        ft_Position = f_Position;\n" +
            "        gl_Position = v_Position;\n" +
            "    }";

    public final String mFragmentShaderStr = "precision mediump float;\n" +
            "varying vec2 ft_Position;\n" +
            "uniform sampler2D sTexture;\n" +
            "void main() {\n" +
            "    gl_FragColor=texture2D(sTexture, ft_Position);\n" +
            "}";

    /**
     * 顶点坐标
     */
    private float[] mVertexCoordinate = new float[]{
            -1f, -1f,
            1f, -1f,
            -1f, 1f,
            1f, 1f
    };
    private FloatBuffer mVertexBuffer;

    /**
     * 纹理坐标
     */
    private float[] mFragmentCoordinate = new float[]{
            0f, 1f,
            1f, 1f,
            0f, 0f,
            1f, 0f
    };
    private FloatBuffer mFragmentBuffer;
    private int mProgram;
    private int vPosition;
    private int fPosition;
    private int uMatrix;
    private int mVboId;
    private int mFboId;
    private int mTextureId;
    private float[] matrix = new float[16];
    private Context mContext;

    public FboRender(Context context) {
        mVertexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(mVertexCoordinate.length * 4)
                .order(ByteOrder.nativeOrder())
                .asFloatBuffer()
                .put(mVertexCoordinate);
        mVertexBuffer.position(0);

        mFragmentBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(mFragmentCoordinate.length * 4)
                .order(ByteOrder.nativeOrder())
                .asFloatBuffer()
                .put(mFragmentCoordinate);
        mFragmentBuffer.position(0);

        this.mContext = context;
        mFobWidth = Utils.getScreenWidth(context);
        mFboHeight = Utils.getScreenHeight(context);
    }


    @Override
    public void onSurfaceCreated(int viewWidth, int viewHeight) {
        mProgram = Utils.createProgram(mVertexShaderStr, mFragmentShaderStr);
        // 获取坐标
        vPosition = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "v_Position");
        fPosition = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "f_Position");
        int sTexture = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "sTexture");
        uMatrix = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "u_Matrix");


        // 创建 vbos,存储位置信息的缓冲区
        int[] vBos = new int[1];
        GLES20.glGenBuffers(1, vBos, 0);
        // 绑定 vbos
        mVboId = vBos[0];
        GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, mVboId);
        // 开辟 vbos
        GLES20.glBufferData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, (mVertexCoordinate.length + mFragmentCoordinate.length) * 4,
                null, GLES20.GL_STATIC_DRAW);
        // 赋值 vbos
        GLES20.glBufferSubData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0, mVertexCoordinate.length * 4, mVertexBuffer);
        GLES20.glBufferSubData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, mVertexCoordinate.length * 4,
                mFragmentCoordinate.length * 4, mFragmentBuffer);
        GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0);

        // 创建纹理，用于和frameBuffer绑定
        int[] textureIds = new int[1];
        GLES20.glGenTextures(1, textureIds, 0);
        mTextureId = textureIds[0];
        GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, mTextureId);
        GLES20.glActiveTexture(GLES20.GL_TEXTURE0);
        GLES20.glUniform1i(sTexture, 0);

        GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S, GLES20.GL_REPEAT);
        GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T, GLES20.GL_REPEAT);
        GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);
        GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);

        // 创建 fbo 并把纹理绑定到 fbo
        int[] fBoIds = new int[1];
        GLES20.glGenFramebuffers(1, fBoIds, 0);
        mFboId = fBoIds[0];
        GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, mFboId);

        if (viewWidth > 0) {
            mFobWidth = viewWidth;
        }
        if (viewHeight > 0) {
            mFboHeight = viewHeight;
        }

        GLES20.glTexImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, GLES20.GL_RGBA, mFobWidth, mFboHeight, 0, GLES20.GL_RGBA, GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE, null);
        GLES20.glFramebufferTexture2D(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, GLES20.GL_COLOR_ATTACHMENT0, GLES20.GL_TEXTURE_2D, mTextureId, 0);
        if (GLES20.glCheckFramebufferStatus(GLES20.GL_FRAMEBUFFER) != GLES20.GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
            Log.e(TAG, "fbo bind failure");
        } else {
            Log.e(TAG, "fbo bind success");
        }
        //清除绑定
        GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0);
        GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, 0);
    }

    @Override
    public void onSurfaceChanged(int width, int height) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
    }

    @Override
    public void     onDrawFrame() {
        GLES20.glUseProgram(mProgram);
        // 绑定纹理
        GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, mTextureId);
        // 设置正交矩阵的值
        GLES20.glUniformMatrix4fv(uMatrix, 1, false, matrix, 0);
        GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, mVboId);
        /**
         * 设置坐标
         * 2：2个为一个点
         * GLES20.GL_FLOAT：float 类型
         * false：不做归一化
         * 8：步长是 8
         */
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(vPosition);
        GLES20.glVertexAttribPointer(vPosition, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 8, 0);
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(fPosition);
        GLES20.glVertexAttribPointer(fPosition, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 8, mVertexCoordinate.length * 4);
        // 绘制到屏幕
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
        // 解绑
        GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
        GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0);
    }

    @Override
    public void onBindFbo() {
        //激活frameBuffer，然后下文绘制的数据，会保存到frameBuffer中
        GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, mFboId);
    }

    @Override
    public void onUnbindFbo() {
        GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, 0);
    }

    public int getTextureId() {
        return mTextureId;
    }
}

只需要fbo的生命周期和render的保持一致就好

public final class CameraRender extends GLSurfaceView.Renderer{
 public CameraRender(Context context) {
       //...CameraRender的初始化
       mFboRender = new FboRender(mContext);

  }

 @Override
 public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
       mFboRender.onSurfaceCreated(mViewWidth, mViewHeight);
       //...正常的生成纹理，绑定顶点数据等

  }

 @Override
 public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
      mFboRender.onSurfaceChanged(width, height);

      GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
      Matrix.rotateM(matrix, 0, 180, 1, 0, 0);
 }

  @Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {
      // 绑定 fbo
      mFboRender.onBindFbo();

      //...省略的绘制纹理操作

      mFboRender.onUnbindFbo();
      // 再把 fbo 绘制到屏幕
      mFboRender.onDrawFrame();
    }
}

当我们向fbo挂载一个纹理对象后，在onDrawFrame启用了fbo，在当前环境所渲染的任何指令，都是输出到这个fbo挂载的纹理对象当中。当每结束绘制一帧的时候，我们再拿和fbo绑定的mTextureId做渲染，如果注释掉GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4)，取消绘制，则会发现什么都没有显示。

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