Android 二维图形处理引擎 Skia

咸亦

2023-12-01

Android Skia简介

Android Skia 是一个二维图形处理引擎，是 Android 操作系统中用于处理图形渲染、图像处理和矢量图形显示的核心组件之一。它利用 CPU 和 GPU 加速来操作位图和向量图像，并提供了各种渲染效果和动画效果。

Skia 最初是由 Google 开发的，在 2005 年成为 Chrome 浏览器中的默认渲染引擎。Android 系统也采用了 Skia 引擎作为其默认的绘图引擎，并将其与 Android Framework 结合使用。一些其他流行的应用程序框架，如 Flutter 和 Fuchsia OS，也使用了 Skia 引擎。

Skia 底层使用 C++ 实现，同时提供了跨平台接口，包括针对 Android 平台的 Java 接口。在 Skia 内部，表面上任意多个图形通道都是用一种基本数据类型表示的，这使得图形对象能够轻松地进行序列化、反序列化和复制等操作。

总体而言，Skia 是一个功能强大、高效的图形处理引擎，不仅适用于 Android 平台，也可以应用于其他环境中。它对于开发者来说，提供了丰富的 API 和工具，用于实现各种图形渲染、动画效果和 UI 布局等功能。

Android Skia结构

Android Skia 可以分为三个主要层次的结构：

应用程序层：这是使用 Android Skia 的应用程序层，它通常是基于 Android Framework 开发的应用程序。在这一层次上，开发者可以使用 Skia 提供的高层次 API 来实现 UI 绘制、图形渲染和动画效果等功能。
Skia 层：这是 Skia 引擎的核心层次，包括了大量的类库和工具，用于处理图像渲染、向量图形绘制、颜色管理和字体渲染等方面。在这一层次上，Skia 主要负责将开发者通过 API 提供的绘图指令转换成可执行的图形操作。
三方库层：在 Skia 的底层，还有一些其他的库支持，包括零散式的各种 C++ 标准库、WebKit 引擎提供的 FontCache 方案，以及与 GPU 相关的 OpenGL ES 等库。这些库对于 Skia 的性能和功能起着非常重要的作用。

整个 Android Skia 结构比较清晰，在不同的层次中，都提供了丰富的 API 和工具，同时也允许开发者自行扩展和优化，并针对具体应用场景建立相应的图形渲染流程。

Android Skia层

Android Skia 层的源码结构比较复杂，但是可以大致分为以下几个部分：

core/：这个目录下存放了 Skia 引擎的核心代码，包括绘图操作、颜色管理、字体渲染、抽象渲染层等。
images/：这个目录下主要存放了与 Android 平台密切相关的图形处理代码，包括位图变换、学习线性、颜色空间转换等。
gpu/：这个目录下存放了 Skia 引擎与 GPU 相关的专用接口和实现代码，包括 OpenGL ES 和 Vulkan 等图形 API 的支持库和封装类。
utils/：这个目录下存放了一些工具类和公用方法，如集合操作、文件读写、调试信息记录等。
ports/：这个目录下存放了 Android Skia 的各种移植和适配代码，包括针对不同平台的编译选项、对特定硬件的优化等。

Android Skia 的源码结构非常复杂，其内部涉及的细节也非常多。主要开发者需要通过阅读文档、跟踪代码、测试样例等方式来深度理解 Skia 的使用和原理，并在此基础上开发高效、健壮的应用程序。

Skia 源码路径

在 AOSP 中，Skia 的源代码位于 frameworks/base/libs/hwui 目录下。

具体来说，Skia 的头文件位于 frameworks/base/libs/hwui/include 目录下，而其 C++ 实现则位于 frameworks/base/libs/hwui/renderthread 目录下。另外，Skia 的公共接口也被包含在了 Android 框架的 Java API 中，路径为 frameworks/base/core/java/android/graphics/。

需要注意的是，AOSP 中 Skia 发布版本可能会有所不同，可以通过跟踪 Git 历史记录查看相应版本中的代码实现情况。

Skia 的核心代码

Skia 的核心代码主要包含了以下几个方面：

图形渲染操作：Skia 通过继承 SkCanvas 类实现图形渲染操作。SkCanvas 提供了一系列方法用于向画布中添加基本形状和文本，如矩形、圆弧、椭圆和文字等。
颜色管理：Skia 内部使用 ICC 颜色空间标准来进行颜色管理，其提供了一个类 SkColorSpace 来表示颜色空间，支持了各种常见的 RGB 和 CMYK 空间，同时还额外支持了其中一些不常见的即时扩展。
字体渲染：Skia 提供了良好的字体渲染能力，It主要使用 FreeType 引擎来处理字体文件，并在此基础上支持了变换、形变和过滤等操作。此外，Skia 也支持以基于跨平台的字体格式(SkFontFamily) 自定义字体类型。
位图处理：Skia 提供了许多用于位图处理的工具，如对图片进行裁剪，压缩和缩放等操作，及对各种原始图像数据(DNG, RAW) 和 GPU 纹理的支持。
矢量图架构：Skia 使用了单独的 VectorDrawable 类们制作和呈现矢量图形，并且针对这种矢量图形能够提供高性能的 GPU 加速。

总体来说，Skia 的核心代码非常强大，支持各种平台、颜色空间、字体和图片格式，并且提供良好的图形渲染能力和扩展性。开发人员利用 Skia 提供的 API 可以轻松地实现各种业务需求，如 UI 绘制、动画效果、游戏开发等。

Android 中常用的图形 API 包括 Canvas 和 OpenGL ES。

1. Canvas API

Canvas 是 Android 中 2D 图形绘制的基础 API，可以用于绘制文本、图形以及位图等。它提供了一系列绘制方法，如 drawText、drawLine、drawRect、drawBitmap 等。以下是几个常用方法的示例代码：

绘制文本（Draw Text）

Paint paint = new Paint();
paint.setTextSize(30);
canvas.drawText("Hello, world!", 100, 100, paint);

绘制矩形（Draw Rectangle）

Paint paint = new Paint();
paint.setColor(Color.RED);
canvas.drawRect(50, 50, 200, 200, paint);

绘制图片（Draw Bitmap）

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, null);

2. OpenGL ES API

OpenGL ES 是 Android 中 3D 图形渲染的基础 API，它通过 GPU 来加速 3D 图形渲染。与 Canvas 不同，OpenGL ES 是一个相对底层的 API，需要手动管理顶点坐标、纹理坐标等数据。以下是几个常用方法的示例代码：

初始化 OpenGL ES

GLSurfaceView glView = new GLSurfaceView(context);
glView.setEGLConfigChooser(8, 8, 8, 8, 16, 0); // 配置像素格式和深度缓存
glView.setRenderer(new MyRenderer()); // 设置渲染器

绘制一个三角形（Draw a Triangle）

public void onDrawFrame(GL10 gl){
    gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    gl.glLoadIdentity();
    gl.glTranslatef(0f, 0f, -4.0f);
    
    gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
    gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, vertexBuffer);
    gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3);
    gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
}

加载纹理并绘制图片（Load Textures and Draw Image）

// 加载纹理
InputStream is = context.getResources().openRawResource(R.drawable.texture);
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(is);
GLUtils.texImage2D(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);
bitmap.recycle();
is.close();

// 绘制图片
gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
gl.glTexCoordPointer(2, GL10.GL_FLOAT, 0, textureBuffer);
gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, textureId);
gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);

3.Android中的Graphics包

（即android.graphics）提供了许多用于处理图形和画布操作的基本组件，主要包括以下几种：

Canvas - 画布，用于绘制各种图形、文本等。

Paint - 画笔，用于定义绘制图形或文本的样式，如颜色、线条宽度、字体大小等。

Bitmap - 图像位图，用于表示图像数据。

Path - 路径，用于描述由复杂的曲线和直线段组成的形状。

Rect 和 RectF - 分别代表整数和浮点数格式的矩形区域。

Matrix - 用于执行图形变换，如旋转、缩放等。

Shader - 着色器，用于实现特定效果，如渐变、图像填充等。

PorterDuffXfermode - 用于控制画布上绘制图形时的混合模式。

ColorFilter - 用于对绘制的图像进行颜色过滤。

以上基本组件可以结合使用以实现各种复杂的效果和图形。详细信息可以参阅Android开发者文档。