Android 開發教學筆記 - 初探 Renderscript 以 HelloCompute 為例 @ PandaBoard

最近把玩 Renderscript(RS)，這東西在 2011 年初被提了出來，但最近才仔細看文件，也隨著 Android 4 可以看到完整的系統實現原始碼等，目前 RS 可用在 Android 3.x 和 Android 4.x 系統上。RS 的本意著重在三個層面，依序是 "Portability" 、"Performance" 和 "Usability"。我把他想成建立一個框架，讓你寫程式可以不用擔心硬體狀況、又不用擔心 Java VM 拖速度並且開發上可以簡單快速，當然，連帶的缺點就是必須學習這個框架的用法等。除此之外，RS 用的語法是 C 語言(C99 standard)，流程看似與 JNI/NDK 很接近，但最特別的是整個架構的設計，並透過 llvm 技術，讓你的程式不只跑在 CPU 上頭，還可以跑在 GPU 或 DSP 上，目標就是提供跨硬體設備的機制，包含不同架構的 CPU 等，這就不見得單純用 JNI/NDK 可以作到的事。最後，關於 RS 的使用時機？可以用在大量運算(平行運算?)上，大部分的是用2D/3D影像處理當作例子，對於遊戲開發應該有不少幫助。

此練習仿造 Android 4.0 之 HelloCompute 範例，此範例是將一張 JPEG 圖片進行灰階影像特效。由於程式碼精簡，所以就拿來當作第一個 RS 的練習，可熟悉 RS 流程。

主要流程：

建立 Android Project -> 建立 RenderScript -> 設定使用 RenderScript 的時機。

建立 Android Project：

Project Name: StudyRSCompute
Build Target: Android 4.0
Package Name: tw.study.rs 

建立 RenderScript (MyRSCompute.rs)：

src/tw.sutdy.rs -> New -> File -> MyRSCompute.rs

#pragma version(1)
#pragma rs java_package_name(tw.study.rs)

const static float3 gMonoMult = {0.299f, 0.587f, 0.114f};

void root(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out) {
    float4 f4 = rsUnpackColor8888(*v_in);
    float3 mono = dot(f4.rgb, gMonoMult);
    *v_out = rsPackColorTo8888(mono);
}

按下 build 後，可以在 res->raw 看到 myrscompute.bc，另外，在 gen->tw.study.rs 也能看到 ScriptC_MyRSCompute.java 和 MyRSCompute.d 的產生，並且在 R.java 中可以看到 raw 裡頭有 myrscompute 的定義。

建立測試圖檔：

接著找一張圖，此例用 http://zh.wikipedia.org/wiki/Android 裡的圖片 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Galaxy_Nexus_smartphone.jpg/371px-Galaxy_Nexus_smartphone.jpg，更名為 android.jpg

在 res 中，建立 drawable 目錄，並將 android.png 擺入且 build 後，在 gen->tw.study.rs->R.java 中可以看到圖檔的定義

建立圖檔 layout (res->layout->main.xml)：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="fill_parent"
    android:layout_height="fill_parent"
    android:orientation="horizontal" >

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="@string/hello" />

    <ImageView
        android:id="@+id/displayin"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" />

    <ImageView
        android:id="@+id/displayout"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" />

</LinearLayout>

撰寫呼叫 RS 的時機 (StudyRSComputeActivity.java)：

package tw.study.rs;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.renderscript.Allocation;
import android.renderscript.RenderScript;
import android.widget.ImageView;

public class StudyRSComputeActivity extends Activity {
    private Bitmap mBitmapIn;
    private Bitmap mBitmapOut;

    private RenderScript mRS;
    private Allocation mInAllocation;
    private Allocation mOutAllocation;
    private ScriptC_MyRSCompute mScript;

    /** Called when the activity is first created. */
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);

        mBitmapIn = loadBitmap(R.drawable.android);
        mBitmapOut = Bitmap.createBitmap(mBitmapIn.getWidth(), mBitmapIn.getHeight(), mBitmapIn.getConfig());

        ImageView in = (ImageView) findViewById(R.id.displayin);
        in.setImageBitmap(mBitmapIn);

        ImageView out = (ImageView) findViewById(R.id.displayout);
        out.setImageBitmap(mBitmapOut);

        createScript();
    }

    private void createScript() {
        mRS = RenderScript.create(this);

        mInAllocation = Allocation.createFromBitmap(mRS, mBitmapIn,
        Allocation.MipmapControl.MIPMAP_NONE,
        Allocation.USAGE_SCRIPT);
        mOutAllocation = Allocation.createTyped(mRS, mInAllocation.getType());

        mScript = new ScriptC_MyRSCompute(mRS, getResources(), R.raw.myrscompute);

        mScript.forEach_root(mInAllocation, mOutAllocation);
        mOutAllocation.copyTo(mBitmapOut);
    }

    private Bitmap loadBitmap(int resource) {
        final BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
        options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.ARGB_8888;
        return BitmapFactory.decodeResource(getResources(), resource, options);
    }
}

 整個 Package PackageExplore：

猜想的架構：

在 MyRSCompute.rs 中，只有一個 root 函數，該函數接收單位是一個像素資訊(4個浮點數)，並且把收到的像素 v_in 作灰階，經向量 dot 處理後，將結果存在 v_out；在 StudyRSComputeActivity 中，在 onCreate 時，把預備好的圖檔讀進來，並轉成 Bitmap 結構，隨即透過 createScript 呼叫 RS，在 createScript 中，先建立 Renderscript 執行環境，包括用 Allocation 進行 Java 層變數的初始化，這些變數之後才可以傳給 RS 用，接著在 Java 層用 forEach_root 的方式呼叫 RS 進行處理(平行處理？)，最後再把處理完的資料在存回 Bitmap 變數，在 ImageView 顯示出來。

其他心得：

學會處理圖片灰階特效，也才發現圖片特效有平行處理的可行性架構。RS 有提供很多數學函數，請參考 RS Runtime API Reference。