Android RenderScript

上回泰勞介紹了處理圖片特效的方法，這回要來介紹如何提升效能，也許很多人第一時間會想到 JNI，那確實是個不錯的選擇，不過泰勞想介紹一個有點不一樣、使用場合跟 JNI 不盡相同的 API，那就是 RenderScript！

參考資料：
[Developers]RenderScript Overview
[Developers]Type
[Developers]Element
[Developers]Allocation

使用 RenderScript 最大的優勢在於它可以實現「平行運算」，在擁有多核心處理器的裝置上速度一定會快上許多，同時它也支援 GPU。但因為是平行運算，有些場合是不能使用的，當然也有些場合特別適合，像是圖像處理就非常適合使用 RenderScript。

延續上一回的範例，這次改用 RenderScript 來實作負片效果，先準備一個簡單的 Context，作為主程式調用 RenderScript 的中繼站。

RenderScriptContext.java

public class RenderScriptContext {
  // for RenderScript
  private RenderScript rs;
  // ScriptC 和底線為格式所需，Invert 是我的 RS 腳本名稱
  private ScriptC_Invert scriptC;
  // 用於設定 RS 物件類型  private Type rType;
  // 將 Java 物件傳給 RS 處理的媒介
  private Allocation allocIn;
  private Allocation allocOut;
  //
  private Bitmap outputBitmap;

  public RenderScriptContext(Context context, int width, int height) {
    // 初始化 RS 的 Context
    rs = RenderScript.create(context);
    // 建立 ScriptC_Invert 的實例
    scriptC = new ScriptC_Invert(rs);
    // 定義元素類型與影像尺寸，這裡將元素類型設為 RGBA_8888
    rType = Type.createXY(rs, Element.RGBA_8888(rs), width, height);
    // 設定 Allocation 類型
    allocIn = Allocation.createTyped(rs, rType, Allocation.USAGE_SCRIPT);
    allocOut = Allocation.createTyped(rs, rType, Allocation.USAGE_SCRIPT);
    // 最後用於返回給主程式
    outputBitmap = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.ARGB_8888);
  }

  public static void setPic(Bitmap bitmap) {
    // 將 Bitmap 轉為 Allocation
    allocIn = Allocation.createFromBitmap(rs, bitmap);
    // 將 allocIn 傳給 RS腳本
    // set_pic 的 pic 必須跟 RS 腳本裡宣告的物件名稱一樣
    scriptC.set_pic(allocIn);
  }

  public static Bitmap getPic() {
    // 執行 RS 腳本裡的 InvertBitmap 函式
    // allocOut 接收 RS 回傳的結果
    scriptC.forEach_InvertBitmap(allocOut);
    // 將 allocOut 轉回 Bitmap
    allocOut.copyTo(outputBitmap);
    return outputBitmap;
  }
}

接著是 RenderScript 腳本，它的語法、格式有點特別，泰勞一開始真的看不太習慣，時常懷疑這樣寫到底是不是對的。

Invert.rs

#pragma version(1)  // RenderScript 版本
#pragma rs java_package_name(JAVA)  // 調用此腳本的 package name 

// 物件名稱 pic，因此 Java 設定此物件時必須使用 set_pic 
rs_allocation pic;

uchar4 __attribute__((kernel)) InvertBitmap(uint32_t x,uint32_t y) {
  // 將 pic 拆解，uchar4 用於處理以 32 位元為單位的元素
  uchar4 color = rsGetElementAt_uchar4(pic, x, y);
  // 反轉顏色
  color.r = 255-color.r;
  color.g = 255-color.g;
  color.b = 255-color.b;
  color.a = color.a;
  // 返回
  return color;
}

最後於主程式透過 RenderScriptContext 將 Bitmap 傳給 RenderScript 腳本處理。

RenderScriptContext rsContext = new RenderScriptContext(MainActivity.this, mBitmap.getWidth(), mBitmap.getHeight());
rsContext.setPic(mBitmap);
imageView_after.setImageBitmap(rsContext.getPic());

特地找了一張色彩鮮明的圖片來進行測試，結果如下圖所示。

成功透過 RenderScript 實作負片效果，但還沒完，既然它主打的特點就是平行運算，當然要跟上回的方法做個速度比較，下方表格是泰勞使用 XZ1 Compact (硬體規格) 實際測試的結果(單位：毫秒)。

Java	114	142	106	134	119	133	102	125	122	107	120.4
RenderScript	94	89	91	92	87	89	88	91	98	90	90.8

平均下來單純使用 Java 處理一次的時間是 120.4 毫秒，使用 RenderScript 處理一次的時間為 90.8 毫秒，看起來只快了一點，並沒有預期中那麼快。我們再試一次，先不管計算出來的效果如何，稍微讓計算的公式複雜一點，並且換上一張解析度為 5056x3792 的圖片，看看會不會有什麼不同，公式如下圖所示。(fac=0.003921, level=5)

第二次測試結果如下表所示。

Java	258	266	267	262	265	255	264	256	254	260	260.7
RenderScript	138	137	138	142	141	131	137	136	135	134	136.9

平均下來單純使用 Java 處理一次的時間增加至 260.7 毫秒，而使用 RenderScript 處理一次的時間是 136.9 毫秒，這樣看起來差異就比較明顯了，第二次的測試 RS 的處理時間幾乎是單純使用 Java 的一半，同時可以合理的推測越是複雜的運算，越能表現出 RenderScript 的優勢，當然圖片的像素越多，也越能感受到它的強大。