RenderScript:Android平台上高性能图形计算框架

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随着Android平台的不断发展,一些新的API和框架(如Android的NDK,Vulkan和RenderEffect(Android12))也提供了类似的性能优化能力。

RenderScript介绍

RenderScript是一种高性能的计算框架,用于在设备上执行复杂的数学计算,尤其是在图像处理方面。最初是为了解决Android平台上图形和计算密集型任务而设计的,可以在CPU或GPU上并行执行,以利用多核处理器和图形硬件的加速能力。

RenderScript的主要特点:

  • 并行计算:RenderScript利用设备的多核处理器进行并行计算,从而显著提高计算密集型任务的性能。
  • 硬件加速:RenderScript能够利用GPU进行硬件加速计算,适用于图形和图像处理任务。
  • 易于使用:RenderScript使用C99样式的语法,Android SDK提供了方便的Java/Kotlin绑定,使得可以在Android应用中轻松集成RenderScript代码。
  • 性能优化:RenderScript编译器会自动优化代码,以充分利用目标设备的硬件特性。

RenderScript使用场景:

  • 图像处理:如模糊、锐化、颜色转换等。
  • 计算机视觉:如特征检测、边缘识别等。
  • 物理模拟:如碰撞检测、粒子系统等。

随着Android平台的不断发展,一些新的API和框架(如Android的NDK,Vulkan和RenderEffect(Android12))也提供了类似的性能优化能力。

Google在Android开发者博客中提到,其实早已不建议将RenderScript用于对性能需求至关重要的任务,Android开发者应该转向可在GPU硬件层级上高效运作、且具有出色的跨平台体验的Vulkan API 。

RenderScript脚本

RenderScript .rs 脚本使用一种类似于C99的语法,允许开发者定义内核函数,这些函数可以在Android设备上高效地并行执行。.rs 脚本的基本语法说明:

1.脚本头

在脚本的开头,通常会看到一些预处理指令,用于定义脚本的版本和Java包名:

#pragma version(1)
#pragma rs java_package_name(com.reathin.renderscript)
  • #pragma version(1):指定RenderScript的版本。
  • #pragma rs java_package_name(...):指定生成的Java类的包名。

2.数据类型

RenderScript使用了一些特殊的数据类型,如rs_allocation,是用于访问内存分配的引用类型。还有uchar4、float4等类型,用于表示包含四个无符号字符或浮点数的向量。

3.内核函数

内核函数是RenderScript脚本中的主要部分,定义了要在GPU或CPU上执行的并行计算。

void blur(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out, const void *usrData, uint32_t x, uint32_t y) {
    // 内核函数的实现
}
  • void blur(...):定义了一个名为blur的内核函数。
  • const uchar4 *v_in 和 uchar4 *v_out:是输入和输出参数的指针。
  • const void *usrData:是传递给内核的任意用户数据。
  • uint32_t x, uint32_t y:是内核的当前执行位置(例如,像素坐标)。

4.根函数

根函数是RenderScript脚本的入口点。当RenderScript运行时加载脚本时,会调用根函数。

void root() {
    // 初始化代码或调用其他内核函数
}

5.访问全局变量

在.rs脚本中,可以定义全局变量,并在内核函数中访问它们。

float mGlobalData;

void blur(...) {
    // 使用 mGlobalData
}

6.调用其他内核

可以在根函数或其他内核函数中调用其他内核。

void blur(...) {
    // 另一个内核的实现
}

void root() {
    // 调用另一个内核
    blur(...);
}

7.分配和访问内存

RenderScript使用Allocation对象来管理内存。在Java代码中,会创建Allocation对象,并将其传递给RenderScript内核。在.rs脚本中,可以使用rsGetAllocationAddress函数来获取指向这些分配的内存的指针。

const uchar4 *in = rsGetAllocationAddress(inAllocation);
uchar4 *out = rsGetAllocationAddress(outAllocation);

8.内置函数和API

RenderScript提供了一些内置函数和API,用于执行常见的操作,如数学运算、内存操作、类型转换等。

9.编译和链接

.rs 脚本文件在构建过程中会被编译成字节码,并与应用一起打包。当应用运行时,RenderScript运行时会加载这些字节码,并在适当的硬件上执行它们。

10.注意事项

  • 确保你的RenderScript脚本遵循Android NDK的C/C++编码规范。
  • 由于RenderScript是并行执行的,要避免在内核函数中使用可能导致竞态条件的全局变量或状态。
  • 对于涉及复杂计算或大量数据的任务,RenderScript可以显著提高性能,也要小心管理内存和避免不必要的复制操作。

使用RenderScript实现模糊效果

在Android中实现模糊效果通常使用RenderScript或者自定义的OpenGL着色器。RenderScript和OpenGL都是相对底层的API,需要一定的图形编程知识。对于更简单的模糊效果,可以考虑使用第三方库,如Glide或Picasso,提供了更高级的API来实现图像模糊和其他效果。

下面使用RenderScript实现模糊效果。

添加RenderScript支持:

android {  
      
    //高版本Studio
    buildFeatures {
        renderScript true
    }
    
    defaultConfig {    
        renderscriptTargetApi 21  
        renderscriptSupportModeEnabled true  
    }  
  
}

使用RenderScript实现图片高斯模糊效果

public static Bitmap scriptBlur(Context context, Bitmap origin, int outWidth, int outHeight, float radius) {
    if (origin == null || origin.isRecycled()) {
        return null;
    }
    mStartTime = System.currentTimeMillis();
    RenderScript renderScript = RenderScript.create(context.getApplicationContext(), RenderScript.ContextType.NORMAL, RenderScript.CREATE_FLAG_NONE);
    Allocation blurInput = Allocation.createFromBitmap(renderScript, origin);
    Allocation blurOutput = Allocation.createTyped(renderScript, blurInput.getType());
    ScriptIntrinsicBlur blur = null;
    try {
        blur = ScriptIntrinsicBlur.create(renderScript, blurInput.getElement());
    } catch (RSIllegalArgumentException e) {
        if (e.getMessage().contains("Unsuported element type")) {
            blur = ScriptIntrinsicBlur.create(renderScript, Element.U8_4(renderScript));
        }
    }
    if (blur == null) {
        //脚本模糊失败
        return null;
    }
    blur.setRadius(range(radius, 0, 20));
    blur.setInput(blurInput);
    blur.forEach(blurOutput);
    
    Bitmap result = Bitmap.createBitmap(outWidth, outHeight, Bitmap.Config.ARGB_8888);
    blurOutput.copyTo(result);

    //释放
    renderScript.destroy();
    blurInput.destroy();
    blurOutput.destroy();

    origin.recycle();
    long time = (System.currentTimeMillis() - mStartTime);
    Log.i("BlurUtils", "模糊用时:[" + time + "ms]");
    return result;
}

调用高斯模糊方法

val bitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.mipmap.image_beauty)

val bitmap1 = BlurUtils.scriptBlur(this, bitmap, bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), 10f)
val bitmap2 = BlurUtils.scriptBlur(this, bitmap, bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), 15f)
val bitmap3 = BlurUtils.scriptBlur(this, bitmap, bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), 20f)
val bitmap4 = BlurUtils.scriptBlur(this, bitmap, bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), 25f)

imageView1.setImageBitmap(bitmap)
imageView2.setImageBitmap(bitmap2)
imageView3.setImageBitmap(bitmap3)
imageView4.setImageBitmap(bitmap4)

运行效果:

在Android中,RenderScript .rs 脚本是一种用C99语法编写的文件,定义了可以在设备上并行执行的计算任务。通常用于图形和计算密集型任务,例如图像处理、物理模拟等。.rs 脚本编译后会生成二进制代码,代码可以在Android设备的CPU或GPU上执行。

Android Studio创建rs脚本目录:

(1) 编写.rs脚本

#pragma version(1)  
#pragma rs java_package_name(com.reathin.renderscript)  
  
// 输入图像  
rs_allocation inImage;  
// 输出图像  
rs_allocation outImage;  
// 模糊半径  
float blurRadius;  
  
// 定义模糊函数  
void blur(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out, const void *usrData, uint32_t x, uint32_t y) {  
    // 计算模糊后的颜色值  
    float4 sum = 0.0f;  
    int count = 0;  
    for (float dx = -blurRadius; dx <= blurRadius; dx++) {  
        for (float dy = -blurRadius; dy <= blurRadius; dy++) {  
            int newX = x + (int)dx;  
            int newY = y + (int)dy;  
            if (newX >= 0 && newX < rsAllocationGetDimX(inImage) && newY >= 0 && newY < rsAllocationGetDimY(inImage)) {  
                sum += rsUnpackColor8888(*v_in + rsAllocationGetElementPtr(inImage, newX, newY));  
                count++;  
            }  
        }  
    }  
    *v_out = rsPackColor8888(sum / count);  
}  
  
// 根函数,RenderScript执行时的入口点  
void root() {  
    // 获取输入和输出图像的指针  
    const uchar4 *in = rsGetAllocationAddress(inImage);  
    uchar4 *out = rsGetAllocationAddress(outImage);  
      
    // 执行模糊操作  
    blur(in, out, NULL, 0, 0);  
}

将 .rs 文件放在项目的 src/main/rs 目录下。在Java或Kotlin代码中加载这个脚本并设置输入和输出 Allocation 对象,最后调用RenderScript的内核来执行模糊操作。

(2) 调用RenderScript内核进行调用

import android.content.Context;  
import android.graphics.Bitmap;  
import android.renderscript.Allocation;  
import android.renderscript.Element;  
import android.renderscript.RenderScript;  
import android.renderscript.ScriptC;  
  
public Bitmap applyBlur(Context context, Bitmap inputBitmap, float blurRadius) {  
    // 创建RenderScript实例  
    RenderScript rs = RenderScript.create(context);  
      
    // 创建输入和输出Allocation  
    Allocation inputAllocation = Allocation.createFromBitmap(rs, inputBitmap);  
    Allocation outputAllocation = Allocation.createTyped(rs, inputAllocation.getType());  
      
    // 加载RenderScript脚本  
    ScriptC_Blur blurScript = new ScriptC_Blur(rs);  
    blurScript.set_inImage(inputAllocation);  
    blurScript.set_outImage(outputAllocation);  
    blurScript.set_blurRadius(blurRadius);  
      
    // 执行模糊操作  
    blurScript.invoke_root();  
      
    // 创建输出位图并复制数据  
    Bitmap outputBitmap = Bitmap.createBitmap(inputBitmap.getWidth(), inputBitmap.getHeight(), inputBitmap.getConfig());  
    outputAllocation.copyTo(outputBitmap);  
      
    // 销毁资源和清理  
    inputAllocation.destroy();  
    outputAllocation.destroy();  
    rs.destroy();  
      
    return outputBitmap;  
}

ScriptC_Blur是根据.rs脚本文件自动生成的类。需要用实际的类名替换ScriptC_Blur应该与.rs文件名相同(去掉.rs扩展名,并将下划线_替换为驼峰命名法的大写字母)。

完整示例代码: https://github.com/Reathin/Sample-Android

责任编辑:赵宁宁 来源: 沐雨花飞蝶
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