Android-sovelluksen toteutus OpenGL ES -kirjaston ja Native Development Kitin avulla

Abstract

Android on viime vuosina ottanut hallitsevan käyttöjärjestelmän roolin älypuhelimissa. Tässä insinöörityössä tarkastellaan erityisesti sitä, miten Androidiin voi tehdä graafisia sovelluksia eri tekniikoilla.

Työ aloitetaan kertomalla historiaa Android-käyttöjärjestelmästä. Sen arkkitehtuuria katsotaan tarkemmin ja sitä, mitä sen eri kerroksissa tapahtuu. Lisäksi katsotaan, miten Android on kehittynyt vuosien varrella aina tämän päivän Androidiin asti.

Pohjustuksen jälkeen tutustutaan OpenGL-kirjaston Androidille tehtyyn haaraan nimeltä OpenGL ES. Työssä lähdetään ensin katsomaan, miten graafisia sovelluksia voi tehdä käyttäen OpenGL ES -versiota 1.0. Katsotaan, miten siinä voi piirtää puhelimen näytölle 2D-muotoja kuten kolmion. Katsotaan myös, miten piirrettyyn kolmioon voi lisätä värejä ja tekstuureja. Tarkastellaan myös, miten projektioita ja matriiseja käytetään, jotta piirretyt muodot saadaan näkymään käyttäjälle halutulla tavalla. Osion lopussa katsotaan, miten OpenGL ES:n uudet versiot kuten 2.0 ja 3.0 eroavat versiosta 1.0. Tutustutaan tarkemmin niiden oleellisimpaan eroon eli version 2.0 tuomien varjostimien käyttöön.

OpenGL ES -osion jälkeen työssä tarkastellaan Native Development Kitiä (NDK). Katsotaan sen tarjoamia eri työkaluja, jotka mahdollistavat natiivien sovelluksien tekemisen Androidiin käyttäen C/C++-koodia. Hyödynnetään näitä työkaluja, ja tarkastellaan miten natiivin koodin avulla voi käyttää OpenGL ES -kirjastoa ja piirtää muotoja. Osion lopussa katsotaan myös hieman Vulkania, jonka on sanottu olevan OpenGL ES:n korvaaja.

Työn lopussa tehdään vielä hyvin yksinkertainen 3D-peli käyttäen OpenGL ES -kirjaston versiota 3.0. Peliä tarkastellessa katsotaan samalla, miten Androidille voi tehdä 2D-sovelluksien lisäksi 3D-sovelluksia.

Työn tuloksena ollaan todettu miten uusimpia OpenGL ES –kirjastoja käytetään 3D-grafiikkaa piirrettäessä. Lisäksi ollaan todettu miten NDK:ta käytetään ja katsottu miksi sitä ylipäätänsä kannattaa käyttää.

In recent years, Android has taken over the dominant operating system role in smartphones. This thesis focuses on how Android can perform graphical applications with different technologies.

Work begins by telling a little about the history of the Android operating system. It looks a little bit more about its architecture and what happens on its different layers. In addition, the work takes a look on how Android has developed over the years to today's Android.

Afterwards, you will be introduced to the OpenGL library's Android-based branch named OpenGL ES. In this work, we begin by looking at how graphical applications can be made using OpenGL ES version 1.0. We will see how it can draw 2D forms, such as a triangle, on the phone screen. We will also see how we can add colors and textures to the drawn trian-gle. The work also considers how projections and matrices are used to make the forms visible to the user as desired. The end of the section looks at how new versions of OpenGL ES such as 2.0 and 3.0 are different from version 1.0. Learn more about their most signifi-cant difference, ie use of shaders that came with version 2.0.

After the OpenGL ES section, the work examines the Native Development Kit (NDK). It takes a look at the various tools it offers to enable native applications to Android using the C/C++ code. We utilize these tools and look at how native code can use the OpenGL ES library and draw shapes. At the end of the section, the work takes a little look about Vulkan, which is said to be the replacement for OpenGL ES.

At the end of the work, a very simple 3D game will be made using the OpenGL ES library version 3.0. As you look at the game, you can see how Android can do 3D applications in addition to 2D apps.

As a result of this work, we have found how the latest OpenGL ES libraries are used to draw 3D graphics. In addition, we have learned how to use the NDK and see why it is worth using it at all.