RenderScript：Android平臺上高性能圖形計算框架
RenderScript介紹
RenderScript是一種高性能的計算框架，用于在設(shè)備上執(zhí)行復雜的數(shù)學計算，尤其是在圖像處理方面。最初是為了解決Android平臺上圖形和計算密集型任務而設(shè)計的，可以在CPU或GPU上并行執(zhí)行，以利用多核處理器和圖形硬件的加速能力。
RenderScript的主要特點：
- 并行計算：RenderScript利用設(shè)備的多核處理器進行并行計算，從而顯著提高計算密集型任務的性能。
- 硬件加速：RenderScript能夠利用GPU進行硬件加速計算，適用于圖形和圖像處理任務。
- 易于使用：RenderScript使用C99樣式的語法，Android SDK提供了方便的Java/Kotlin綁定，使得可以在Android應用中輕松集成RenderScript代碼。
- 性能優(yōu)化：RenderScript編譯器會自動優(yōu)化代碼，以充分利用目標設(shè)備的硬件特性。
RenderScript使用場景：
- 圖像處理：如模糊、銳化、顏色轉(zhuǎn)換等。
- 計算機視覺：如特征檢測、邊緣識別等。
- 物理模擬：如碰撞檢測、粒子系統(tǒng)等。
隨著Android平臺的不斷發(fā)展，一些新的API和框架（如Android的NDK，Vulkan和RenderEffect(Android12)）也提供了類似的性能優(yōu)化能力。
Google在Android開發(fā)者博客中提到，其實早已不建議將RenderScript用于對性能需求至關(guān)重要的任務，Android開發(fā)者應該轉(zhuǎn)向可在GPU硬件層級上高效運作、且具有出色的跨平臺體驗的Vulkan API 。
RenderScript腳本
RenderScript .rs 腳本使用一種類似于C99的語法，允許開發(fā)者定義內(nèi)核函數(shù)，這些函數(shù)可以在Android設(shè)備上高效地并行執(zhí)行。.rs 腳本的基本語法說明：
1.腳本頭
在腳本的開頭，通常會看到一些預處理指令，用于定義腳本的版本和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類的包名。
2.數(shù)據(jù)類型
RenderScript使用了一些特殊的數(shù)據(jù)類型，如rs_allocation，是用于訪問內(nèi)存分配的引用類型。還有uchar4、float4等類型，用于表示包含四個無符號字符或浮點數(shù)的向量。
3.內(nèi)核函數(shù)
內(nèi)核函數(shù)是RenderScript腳本中的主要部分，定義了要在GPU或CPU上執(zhí)行的并行計算。
void blur(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out, const void *usrData, uint32_t x, uint32_t y) {
// 內(nèi)核函數(shù)的實現(xiàn)
}- void blur(...)：定義了一個名為blur的內(nèi)核函數(shù)。
- const uchar4 *v_in 和 uchar4 *v_out：是輸入和輸出參數(shù)的指針。
- const void *usrData：是傳遞給內(nèi)核的任意用戶數(shù)據(jù)。
- uint32_t x, uint32_t y：是內(nèi)核的當前執(zhí)行位置（例如，像素坐標）。
4.根函數(shù)
根函數(shù)是RenderScript腳本的入口點。當RenderScript運行時加載腳本時，會調(diào)用根函數(shù)。
void root() {
// 初始化代碼或調(diào)用其他內(nèi)核函數(shù)
}5.訪問全局變量
在.rs腳本中，可以定義全局變量，并在內(nèi)核函數(shù)中訪問它們。
float mGlobalData;
void blur(...) {
// 使用 mGlobalData
}6.調(diào)用其他內(nèi)核
可以在根函數(shù)或其他內(nèi)核函數(shù)中調(diào)用其他內(nèi)核。
void blur(...) {
// 另一個內(nèi)核的實現(xiàn)
}
void root() {
// 調(diào)用另一個內(nèi)核
blur(...);
}7.分配和訪問內(nèi)存
RenderScript使用Allocation對象來管理內(nèi)存。在Java代碼中，會創(chuàng)建Allocation對象，并將其傳遞給RenderScript內(nèi)核。在.rs腳本中，可以使用rsGetAllocationAddress函數(shù)來獲取指向這些分配的內(nèi)存的指針。
const uchar4 *in = rsGetAllocationAddress(inAllocation);
uchar4 *out = rsGetAllocationAddress(outAllocation);8.內(nèi)置函數(shù)和API
RenderScript提供了一些內(nèi)置函數(shù)和API，用于執(zhí)行常見的操作，如數(shù)學運算、內(nèi)存操作、類型轉(zhuǎn)換等。
9.編譯和鏈接
.rs 腳本文件在構(gòu)建過程中會被編譯成字節(jié)碼，并與應用一起打包。當應用運行時，RenderScript運行時會加載這些字節(jié)碼，并在適當?shù)挠布蠄?zhí)行它們。
10.注意事項
- 確保你的RenderScript腳本遵循Android NDK的C/C++編碼規(guī)范。
- 由于RenderScript是并行執(zhí)行的，要避免在內(nèi)核函數(shù)中使用可能導致競態(tài)條件的全局變量或狀態(tài)。
- 對于涉及復雜計算或大量數(shù)據(jù)的任務，RenderScript可以顯著提高性能，也要小心管理內(nèi)存和避免不必要的復制操作。
使用RenderScript實現(xiàn)模糊效果
在Android中實現(xiàn)模糊效果通常使用RenderScript或者自定義的OpenGL著色器。RenderScript和OpenGL都是相對底層的API，需要一定的圖形編程知識。對于更簡單的模糊效果，可以考慮使用第三方庫，如Glide或Picasso，提供了更高級的API來實現(xiàn)圖像模糊和其他效果。
下面使用RenderScript實現(xiàn)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實現(xiàn)圖片高斯模糊效果
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) {
//腳本模糊失敗
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);
//釋放
renderScript.destroy();
blurInput.destroy();
blurOutput.destroy();
origin.recycle();
long time = (System.currentTimeMillis() - mStartTime);
Log.i("BlurUtils", "模糊用時：[" + time + "ms]");
return result;
}調(diào)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)運行效果:
在Android中，RenderScript .rs 腳本是一種用C99語法編寫的文件，定義了可以在設(shè)備上并行執(zhí)行的計算任務。通常用于圖形和計算密集型任務，例如圖像處理、物理模擬等。.rs 腳本編譯后會生成二進制代碼，代碼可以在Android設(shè)備的CPU或GPU上執(zhí)行。
Android Studio創(chuàng)建rs腳本目錄：
(1) 編寫.rs腳本
#pragma version(1)
#pragma rs java_package_name(com.reathin.renderscript)
// 輸入圖像
rs_allocation inImage;
// 輸出圖像
rs_allocation outImage;
// 模糊半徑
float blurRadius;
// 定義模糊函數(shù)
void blur(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out, const void *usrData, uint32_t x, uint32_t y) {
// 計算模糊后的顏色值
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);
}
// 根函數(shù)，RenderScript執(zhí)行時的入口點
void root() {
// 獲取輸入和輸出圖像的指針
const uchar4 *in = rsGetAllocationAddress(inImage);
uchar4 *out = rsGetAllocationAddress(outImage);
// 執(zhí)行模糊操作
blur(in, out, NULL, 0, 0);
}將 .rs 文件放在項目的 src/main/rs 目錄下。在Java或Kotlin代碼中加載這個腳本并設(shè)置輸入和輸出 Allocation 對象，最后調(diào)用RenderScript的內(nèi)核來執(zhí)行模糊操作。
(2) 調(diào)用RenderScript內(nèi)核進行調(diào)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) {
// 創(chuàng)建RenderScript實例
RenderScript rs = RenderScript.create(context);
// 創(chuàng)建輸入和輸出Allocation
Allocation inputAllocation = Allocation.createFromBitmap(rs, inputBitmap);
Allocation outputAllocation = Allocation.createTyped(rs, inputAllocation.getType());
// 加載RenderScript腳本
ScriptC_Blur blurScript = new ScriptC_Blur(rs);
blurScript.set_inImage(inputAllocation);
blurScript.set_outImage(outputAllocation);
blurScript.set_blurRadius(blurRadius);
// 執(zhí)行模糊操作
blurScript.invoke_root();
// 創(chuàng)建輸出位圖并復制數(shù)據(jù)
Bitmap outputBitmap = Bitmap.createBitmap(inputBitmap.getWidth(), inputBitmap.getHeight(), inputBitmap.getConfig());
outputAllocation.copyTo(outputBitmap);
// 銷毀資源和清理
inputAllocation.destroy();
outputAllocation.destroy();
rs.destroy();
return outputBitmap;
}ScriptC_Blur是根據(jù).rs腳本文件自動生成的類。需要用實際的類名替換ScriptC_Blur應該與.rs文件名相同（去掉.rs擴展名，并將下劃線_替換為駝峰命名法的大寫字母）。
完整示例代碼: https://github.com/Reathin/Sample-Android
