Разработка под Android / [Из песочницы] Андроид живые обои. Как делать?

в 11:01, , рубрики: Новости, метки: , , ,

Независимо от того, какие обои вы задумали сделать, существуют 2 различных подхода к реализации ваших задумок: SGL (в дальнейшем Canvas) и OpenGL. Когда я создавал свои первые обои у меня ушло несколько дней, чтобы попробовать различные средства и методы, поэтому эта статья сэкономит вам немного времени и быстро введет вас в курс дел.
Canvas
Если работает для вас — даже и не думайте об OpenGL
Что же такое Canvas? Это главный способ рисования GUI в андроид. Все формы, кнопочки и переключатели отрисовываются с помощью данной технологии. Нам дается Bitmap определенного размера (1024х600 например), на котором мы должны рисовать. Рисовать мы можем с использованием класса Canvas, который имеет богатое высокоуровневое АПИ для рисования. Скажем, нарисовать окружность заданной толщины определенного цвета с включенным сглаживанием не составляет никакой сложности. Есть даже поддержка шейдеров.
Но зачем тогда спрашивается OpenGL?
Недостатки Canvas:
низкая скорость. Вся работа с графикой производится без аппаратного ускорения (есть исключение). То есть ваш Bitmap вы будите заполнять усилиями центрального процессора, с чем он отлично справляется, если Bitmap умеренного размера. Скорость рисования пропорциональна площади и сильно замедляется при ее увеличении.

никакого 3d и наворотов. Канва не поддерживает 3d, свойства материалов, расстановку и настройку источников света и др. Если вам нужно, что-то из этого списка, то придется эмулировать это самим, что еще больше замедлит и без того низкую скорость отрисовки.

Преимужества Canvas:
простота интеграции в приложение. Рисование с помощью Canvas доступно вам сразу. Не надо создавать специальных поверхностей на которую будет выводится изображение созданное с помощью OpenGL. Не надо создавать поток, в котором работает OpenGL и синхронизировать его с вашим сервисом обоев (очень нетривиальная задача).

простое высокоуровневое АПИ. У канвы есть готовая функция рисования почти на все случаи жизни. Требуется 5 минут, чтобы прочитать документацию на класс и начать успешно использовать его.

К канве мы еще вернемся, теперь поговорим об альтернативном подходе.
OpenGL
Если Canvas не справляется, то больше ничего не остается.
OpenGL, DirectX — все мы слышали эти «крутые» слова. На Андроид у нас доступен OpenGL, но не простой (не такой как на десктопе), а урезанный. Причем у нас даже есть выбор: OpenGL ES 1.0/1.1 (работает везде) или OpenGL ES 2.0 (Android 2.2+). Что такое ES в названии? ES говорит нам о том, что это урезанная версия OpenGL, из которой убрали все лишнее, чтобы сделать АПИ как можно более компактнее и не тащить за собой на мобильные устройства вещи, которые легко эмулировать на центральном процессоре. То есть не все примеры из книжек по обычному OpenGL у вас заработают, но в принципе осталось все также.
Как было замечено версий у нас две: 1.0/1.1 и 2.0. Почитать об их отличиях можно в википедии (выбрать английский язык). Причем не все устройства одинаково поддерживают все расширения OpenGL ES, перед тем как использовать некоторые, нужно убедится, что это поддреживается (почитать можно тут).
Недостатки OpenGL:
тяжело интегрировать в приложение. Чтобы выводить графику на экран устройства с помощью OpenGL необходимо создать специальную поверхность и специальный поток, который будет на этой поверхности рисовать. Необходимо также позаботиться о синхронизации системы и потока.

сложное низкоуровневое АПИ. У нас нет функции нарисовать квадрат, нет функции вывести картинку. Зато есть куча флагов и режимов рисования. Если механизмы задания вершин полигонов, матриц преобразования координат, функции загрузки текстур и средства управления наложением… В общем все очень запутано, если вы раньше никогда не имели дело с OpenGL. На освоение уйдет несколько дней.

Преимущества OpenGL:
высокая скорость работы. Никогда ваше приложение с использованием Canvas не будет работать быстрее и плавнее чем с использованием OpenGL (при наличии прямых рук конечно же).

поддержка 3d и наворотов. Трехмерные гонки или стрелялки? Все это возможно с использованием OpenGL. Создавайте источники света, управляйте камерой, создайте реалистичный эффект водной поверхности, используйте материалы и др.

И что же делать?
OpenGL. Делаем проще.
Когда тяжело в одиночку — просим помощи.
Понятно, что мы далеко не первые, кто решил использовать OpenGL и все мы уже играли в красивые игрушки, перерезали веревки и спасали сворованные яйца. Редко когда игра пишется абсолютно с нуля, обычно используются движки, которые берут на себя все скучные занятия и предлагают нам более простое АПИ для реализации наших фантазий. И оказываться, применительно к живым обоям, вариантов сделать проще у нас 2…
GLSurfaceView adapted for 3D Live Wallpapers

Так называется статья Роберта Грина, где он рассказывает о созданных им классах (основной из которых GLWallpaperService), которые выполняют всю работу по настройке за нас. Нам же остается писать код, который рисует. Скачав с github файлы проекта (проект живой и недавно обновлялся), вы получите готовые обои, которые правда ничего не делают красивого (просто заливают весь фон цветом), но они уже работают. Вам остается только написать требуемый код для рисования. Об интерфейсе взаимодействия с системой и базовой настройке OpenGL уже позаботились. У Роберта используется OpenGL 1.0/1.1, но перейти на 2.0 не представляет никакой сложности. Стоит так же заметить, что никаких дополнительных средств для рисования не предоставляется, рисовать придется все тем же  OpenGL ES АПИ.
AndEngine
AndEngine это настоящий 2d движок для создания игр. Движок поддерживает несколько расширений, среди которых и physicsbox2d для создания физики. Сам движок довольно популярный с открытым кодом (Java). Все средства движка можно использовать для создания обоев. Есть много примеров, которые являются единственной «документацией» движка. Если надо что-то сделать — вспоминаем в каком примере мы это видели и смотрим как это там реализовано. Так же есть форум, где можно попросить помощи (форум активный, быстро помогают).
Теперь о плохом.
Версии у движка 2. Первая (GLES1) использует OpenGL ES 1.0/1.1, вторая (GLES2) — ES 2.0. АПИ в GLES2  намного продвинулось вперед, поэтому лучше использовать GLES2, но мы тогда теряем пользователей Андроида версии 2.1 (GLES2 на нем не работает, a живые обои замечательно работают). Мне удалось запустить обои используя обе версии AndEngine. Но в GLES1 сразу же столкнулся с невозможностью изменить настройки камеры при изменении ориентации экрана (приходится изменять масштаб сцены по одной из осей, в GLES2 АПИ это позволяет).
Движок создан для 2d игр, поэтому никакого АПИ для поддержки 3d не предоставляется (никто не запрещает использовать OpenGL напрямую). Так же отсутствуют казалось бы такие нужные функции как рисование окружности и даже треугольника. Движок больше ориентирован на спрайты. Добавить функцию рисования той же окружности, так чтобы она вписывалась в систему классов движка довольно тяжело — никакой документации нет. Поэтому придется перелопатить много кода и разбираться что к чему.
Заключение.

Начнем делать выводы с того, что я приведу пример: один кадр созданных мной обоев с помощью Canvas рисуется за 17мс на Kindle Fire (6 из которых «лочится» и «анлочится» канва). Это много, для  заполнения фона текстурой 16х16px, вывода изображения 350х180px и отрисовки 4х окружностей различной толщины и радиуса. При использовании OpenGL это делается на порядок быстрее. О хорошем: код отрисовки я написал за час с небольшим, 17мс немного — анимация плавная.
В остатке.

Используйте канву, если вам не важно 3d, если ваша анимация не очень сложна и не требует больших вычислительных ресурсов.
Используйте AndEngine, если вы делаете 2d обои. Изучив примеры и почитав форум, вы быстро приступите к созданию вашей анимации, а дополнительные расширения движка позволят вам с легкостью внедрить в вашу анимацию эффектные решения (физика, система частиц и др.)
Используйте GLWallpaperService Роберта Грина. Если вы хорошо владеете OpenGL и делаете 3d обои, он позволит вам, не отвлекаясь на рутину, быстро приступись к кодированию вашей анимации.
Вы также можете адаптировать многие ваши любимые графические OpenGL движки для создания живых обоев. Используя код GLWallpaperService и/или AndEngine в качестве примера.

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля