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RenderScript-Android平台上高性能图形计算框架

飞熊 • • Android • 阅读 348

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：

  1. 「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。

  2. 「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。

  3. 「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。

  4. 「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。

Android12中已弃用RenderScript API，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：

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。
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。

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）。
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
}
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
}
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(...);
}
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);
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。

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。

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。

  1. 添加RenderScript支持:
android {  
      
    //高版本Studio
    buildFeatures {
        renderScript true
    }
    
    defaultConfig {    
        renderscriptTargetApi 21  
        renderscriptSupportModeEnabled true  
    }  
  
}
  1. 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;
}
  1. 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:RenderScript-Android平台上高性能图形计算框架

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：RenderScript-Android平台上高性能图形计算框架

  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。

  1. 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


原文始发于微信公众号（沐雨花飞蝶）：RenderScript-Android平台上高性能图形计算框架

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文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/271037.html

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