在 Android 应用中使用 AGSL

本页面介绍了 AGSL 的基础知识，以及在 Android 应用中使用 AGSL 的不同方法。

一个简单的 AGSL 着色器

着色器代码会针对绘制的每个像素进行调用，并返回应绘制该像素的颜色。一个非常简单的着色器是始终返回单一颜色的着色器；此示例使用红色。着色器在 String 中定义。

Kotlin

private const val COLOR_SHADER_SRC =
   """half4 main(float2 fragCoord) {
      return half4(1,0,0,1);
   }"""

Java

private static final String COLOR_SHADER_SRC =
   "half4 main(float2 fragCoord) {\n" +
      "return half4(1,0,0,1);\n" +
   "}";

下一步是创建一个使用着色器字符串初始化的 RuntimeShader 对象。此操作还会编译着色器。

Kotlin

val fixedColorShader = RuntimeShader(COLOR_SHADER_SRC)

Java

RuntimeShader fixedColorShader = new RuntimeShader(COLOR_SHADER_SRC);

您的 RuntimeShader 可用于任何标准 Android 着色器适用的地方。例如，您可以使用它通过 Canvas 绘制到自定义 View 中。

Kotlin

val paint = Paint()
paint.shader = fixedColorShader
override fun onDrawForeground(canvas: Canvas?) {
   canvas?.let {
      canvas.drawPaint(paint) // fill the Canvas with the shader
   }
}

Java

Paint paint = new Paint();
paint.setShader(fixedColorShader);
public void onDrawForeground(@Nullable Canvas canvas) {
   if (canvas != null) {
      canvas.drawPaint(paint); // fill the Canvas with the shader
   }
}

此操作会绘制一个红色 View。您可以使用 uniform 将颜色参数传递到着色器中进行绘制。首先，将颜色 uniform 添加到着色器中

Kotlin

private const val COLOR_SHADER_SRC =
"""layout(color) uniform half4 iColor;
   half4 main(float2 fragCoord) {
      return iColor;
   }"""

Java

private static final String COLOR_SHADER_SRC =
   "layout(color) uniform half4 iColor;\n"+
      "half4 main(float2 fragCoord) {\n" +
      "return iColor;\n" +
   "}";

然后，从您的自定义 View 中调用 setColorUniform，将所需颜色传递到 AGSL 着色器中。

Kotlin

fixedColorShader.setColorUniform("iColor", Color.GREEN )

Java

fixedColorShader.setColorUniform("iColor", Color.GREEN );

现在，您将获得一个绿色 View；View 颜色由自定义 View 代码中的参数控制，而不是嵌入到着色器中。

您可以改为创建颜色渐变效果。您首先需要更改着色器以接受 View 分辨率作为输入

Kotlin

private const val COLOR_SHADER_SRC =
"""uniform float2 iResolution;
   half4 main(float2 fragCoord) {
      float2 scaled = fragCoord/iResolution.xy;
      return half4(scaled, 0, 1);
   }"""

Java

private static final String COLOR_SHADER_SRC =
   "uniform float2 iResolution;\n" +
      "half4 main(float2 fragCoord) {\n" +
      "float2 scaled = fragCoord/iResolution.xy;\n" +
      "return half4(scaled, 0, 1);\n" +
   "}";

绘制渐变

此着色器执行了一些稍微精巧的操作。对于每个像素，它都会创建一个包含 x 和 y 坐标除以分辨率的 float2 向量，这会创建一个介于零和一之间的值。然后，它使用该缩放向量来构建返回颜色的红色和绿色分量。

您通过调用 setFloatUniform 将 View 的分辨率传递到 AGSL 着色器 uniform 中。

Kotlin

val paint = Paint()
paint.shader = fixedColorShader
override fun onDrawForeground(canvas: Canvas?) {
   canvas?.let {
      fixedColorShader.setFloatUniform("iResolution", width.toFloat(), height.toFloat())
      canvas.drawPaint(paint)
   }
}

Java

Paint paint = new Paint();
paint.setShader(fixedColorShader);
public void onDrawForeground(@Nullable Canvas canvas) {
   if (canvas != null) {
      fixedColorShader.setFloatUniform("iResolution", (float)getWidth(), (float()getHeight()));
      canvas.drawPaint(paint);
   }
}
Red and Green gradient
红绿渐变

为着色器添加动画

您可以使用类似的技术为着色器添加动画，方法是修改它以接收 iTime 和 iDuration uniform。着色器将使用这些值创建颜色的三角波，使其在渐变值之间来回循环。

Kotlin

private const val DURATION = 4000f
private const val COLOR_SHADER_SRC = """
   uniform float2 iResolution;
   uniform float iTime;
   uniform float iDuration;
   half4 main(in float2 fragCoord) {
      float2 scaled = abs(1.0-mod(fragCoord/iResolution.xy+iTime/(iDuration/2.0),2.0));
      return half4(scaled, 0, 1.0);
   }
"""

Java

private static final float DURATION = 4000f;
private static final String COLOR_SHADER_SRC =
   "uniform float2 iResolution;\n"+
   "uniform float iTime;\n"+
   "uniform float iDuration;\n"+
   "half4 main(in float2 fragCoord) {\n"+
      "float2 scaled = abs(1.0-mod(fragCoord/iResolution.xy+iTime/(iDuration/2.0),2.0));\n"+
      "return half4(scaled, 0, 1.0);\n"+
   "}";

在自定义视图源代码中，ValueAnimator 会更新 iTime uniform。

Kotlin

// declare the ValueAnimator
private val shaderAnimator = ValueAnimator.ofFloat(0f, DURATION)

// use it to animate the time uniform
shaderAnimator.duration = DURATION.toLong()
shaderAnimator.repeatCount = ValueAnimator.INFINITE
shaderAnimator.repeatMode = ValueAnimator.RESTART
shaderAnimator.interpolator = LinearInterpolator()

animatedShader.setFloatUniform("iDuration", DURATION )
shaderAnimator.addUpdateListener { animation ->
    animatedShader.setFloatUniform("iTime", animation.animatedValue as Float )
}
shaderAnimator.start()

Java

// declare the ValueAnimator
private final ValueAnimator shaderAnimator = ValueAnimator.ofFloat(0f, DURATION);

// use it to animate the time uniform
shaderAnimator.setDuration((long)DURATION);
shaderAnimator.setRepeatCount(ValueAnimator.INFINITE);
shaderAnimator.setRepeatMode(ValueAnimator.RESTART);
shaderAnimator.setInterpolator(new LinearInterpolator());

animatedShader.setFloatUniform("iDuration", DURATION );
shaderAnimator.addUpdateListener(new ValueAnimator.AnimatorUpdateListener() {
   public final void onAnimationUpdate(ValueAnimator animation) {
      animatedShader.setFloatUniform("iTime", (float)animation.getAnimatedValue());
   }
});
Red and Green animated gradient
红绿渐变动画

绘制复杂对象

您不必绘制着色器来填充背景；它可以用在接受 Paint 对象的任何地方，例如 drawText。

Kotlin

canvas.drawText(ANIMATED_TEXT, TEXT_MARGIN_DP, TEXT_MARGIN_DP + bounds.height(),
   paint)

Java

canvas.drawText(ANIMATED_TEXT, TEXT_MARGIN_DP, TEXT_MARGIN_DP + bounds.height(),
   paint);
Red and Green animated gradient text
红绿渐变动画文本

着色和 Canvas 变换

您可以对带阴影的文本应用额外的 Canvas 变换，例如旋转。在 ValueAnimator 中，您可以使用内置的 android.graphics.Camera 类更新 3D 旋转的矩阵。

Kotlin

// in the ValueAnimator
camera.rotate(0.0f, animation.animatedValue as Float / DURATION * 360f, 0.0f)

Java

// in the ValueAnimator
camera.rotate(0.0f, (Float)animation.getAnimatedValue() / DURATION * 360f, 0.0f);

由于您想从中心轴而不是从角落旋转文本，请获取文本边界，然后使用 preTranslate 和 postTranslate 修改矩阵以平移文本，使 0,0 成为旋转中心，而无需更改文本在屏幕上绘制的位置。

Kotlin

linearColorPaint.getTextBounds(ANIMATED_TEXT, 0, ANIMATED_TEXT.length, bounds)
camera.getMatrix(rotationMatrix)
val centerX = (bounds.width().toFloat())/2
val centerY = (bounds.height().toFloat())/2
rotationMatrix.preTranslate(-centerX, -centerY)
rotationMatrix.postTranslate(centerX, centerY)
canvas.save()
canvas.concat(rotationMatrix)
canvas.drawText(ANIMATED_TEXT, 0f, 0f + bounds.height(), paint)
canvas.restore()

Java

linearColorPaint.getTextBounds(ANIMATED_TEXT, 0, ANIMATED_TEXT.length(), bounds);
camera.getMatrix(rotationMatrix);
float centerX = (float)bounds.width()/2.0f;
float centerY = (float)bounds.height()/2.0f;
rotationMatrix.preTranslate(-centerX, -centerY);
rotationMatrix.postTranslate(centerX, centerY);
canvas.save();
canvas.concat(rotationMatrix);
canvas.drawText(ANIMATED_TEXT, 0f, 0f + bounds.height(), paint);
canvas.restore();
Red and Green rotating animated gradient text
红绿旋转渐变动画文本

将 RuntimeShader 与 Jetpack Compose 结合使用

如果您使用 Jetpack Compose 渲染 UI，则使用 RuntimeShader 会更加容易。从之前相同的渐变着色器开始

private const val COLOR_SHADER_SRC =
    """uniform float2 iResolution;
   half4 main(float2 fragCoord) {
   float2 scaled = fragCoord/iResolution.xy;
   return half4(scaled, 0, 1);
}"""

您可以将该着色器应用到 ShaderBrush。然后，您可以使用 ShaderBrush 作为 Canvas 绘制范围内的绘制命令的参数。

// created as top level constants
val colorShader = RuntimeShader(COLOR_SHADER_SRC)
val shaderBrush = ShaderBrush(colorShader)

Canvas(
   modifier = Modifier.fillMaxSize()
) {
   colorShader.setFloatUniform("iResolution",
   size.width, size.height)
   drawCircle(brush = shaderBrush)
}
AGSL Compose gradient circle
红绿渐变圆

将 RuntimeShader 与 RenderEffect 结合使用

您可以使用 RenderEffect 将 RuntimeShader 应用于父 View *和*所有子 View。这比绘制自定义 View 的开销更大，但它可让您轻松创建一个效果，该效果整合了本来会使用 createRuntimeShaderEffect 绘制的内容。

Kotlin

view.setRenderEffect(RenderEffect.createRuntimeShaderEffect(myShader, "background"))

Java

view.setRenderEffect(RenderEffect.createRuntimeShaderEffect(myShader, "background"));

第二个参数是着色器 uniform 的名称，您可以使用坐标参数（例如传入的 fragCoord）通过它进行 eval，以获取 RenderNode（View 及其子 View）的原始颜色，从而让您能够执行各种效果。

uniform shader background;       // Root node of View tree to be altered
return mix(returnColor, background.eval(fragCoord), 0.5);
Grid blended over button
与按钮混合的 AGSL 网格

一个与按钮混合的网格效果，但位于浮动操作按钮下方（因为它位于不同的 View 层次结构中）。