關於Android圖形系統的一些事實真相

加好友 · 發表於 2011-12-9 09:47

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現在網上滿天飛的各類關於Android圖像渲染的水文實在讓我不爽，下面給大家一些關於Android硬體渲染的事實真相，硬體加速並非大家想的那麼完美，而我們也一直在改進！

1. Android 一直在使用硬體加速。實際上從1.0版本之後，所有的視窗元素的合成與顯示都是通過硬體完成的。

2.這意味著許多你所看見的動畫都是被加速過的：按鈕的顯示、通知欄下拉的陰影、不同Activity之間的切換動畫、彈出視窗以及提示框的顯示和隱藏等等等等。

3.Android以前使用軟體方式(與硬體加速相對應)來控制各個視窗元素的渲染，例如下圖的UI，其中包括四個視窗組件：狀態條、桌布、桌面上的的啟動器、以及菜單。如果其中一個元素更改了自身的內容，例如高亮一個菜單條目，對於3.0之前的版本，系統使用軟體方式來繪製新的內容，然而並非所有的元素都需要被重新繪製，同時各個視窗元素的拼接也是通過硬體方式完成的。類似的，任何視窗的移動：例如菜單的上下運動是完全通過硬體方式渲染的。

4. 現在我們來關注視窗元素的內部渲染，實際上為了達到每秒60幀的FPS,你並不一定需要硬體加速。幀速取決於要顯示的像素的數量以及CPU的速度。比如說，二兒子完全可以以60FPS的速度在它800*480分辨率的螢幕上完成任何普通的原生UI動畫，例如列表的滾動等，完全沒有問題。而最初的Droid系列卻很難達到這樣的速度。

5.在Android3.0中可以實現視窗的」完全」的硬體加速繪製。而在Android 4.0中也沒有引入更多的功能。從3.0開始，如果在你的應用中設定了一個標誌允許硬體加速，那麼此時所有的視窗的繪製都會交給GPU來完成。在Android 4.0中最主要的改變就是：在面向Android4.0或更高版本的應用中，硬體加速是被默認開啟的，再也不需要在配置文件中設定 android:handwareAccelerated=」true」.(而我們不允許之前的應用默認開啟硬體加速，是因為光靠硬體加速，無法很好的完成某些特殊的繪製操作；同時在應用需要其中一部分UI更新的時候，會影響其的一些表現。對於目前現有的很多應用，強制開啟硬體加速，會明顯的中斷應用的執行)

6.硬體加速並不如大家所認為的那樣完美。例如在基於PVR驅動的設備上(比如二兒子跟三兒子)，光是在進程中開啟OpenGL就得佔用8M的RAM。對比一般進程的2M的開銷實在是巨大。RAM是有限的，一大部分被拿去繪製，那麼其他正在執行的進程就會因為缺少記憶體而出問題，比如降低應用間切換的速度。

7.由於OpenGL的額外開銷，我們最好不要過多的使用其進行繪製。比如我們現在在做的一些工作，就是為了讓Android 4.0能在不使用硬體加速的情況下流暢的在二兒子上使用：這樣我們就不需要在系統進程中浪費8MB的記憶體用，也不需要在手機進程中浪費額外的8M記憶體，或者是在系統UI進程中的8MB記憶體等等等等。相信我，你不會注意到——用OpenGL來繪製一些類似狀態欄或是華麗的動畫是完全沒有好處的。

8.硬體加速並非流暢UI的「解藥」。我們為了UI的流暢嘗試了很多不同的方法，比如說在1.6中引入的對前台/後台進程的調度策略，在2.3中的對輸入系統的重寫，」嚴厲模式」的使用，並發的垃圾回收機制，載入器等等。如果你想達到60fps的幀速，你只有20毫秒的時間來處理每幀的內容。這時間實在不長，光是在UI進程中讀取存儲卡的操作產生的延時就會大於這個時限，尤其是在寫操作的時候。

9.舉些最近發現的一些影響UI流暢度的例子：我們注意到在二兒子上，使用4.0時列表的滾動就不如使用2.3時流暢。而導致這個現象的原因則是計時器的輕微漂移：有些時候應用正在接收觸摸事件並在螢幕上繪製，而在上一個動作還沒完成的的時候，就接受到下一個事件並開始繪製，導致它丟失了當前這幀。儘管發生這種現象的時候，幀速能達到穩定的60FPS.(當然，這個問題已經修正)

10.當人們比較Android跟IOS上瀏覽器的滾動流暢度的時候，他們所看見的差別並非開沒開啟硬體加速所導致。最初的時候，Android使用了一種完全不同的渲染策略，並做了一些折中：網頁被轉換成一個」顯示列表「，持續的在螢幕上進行繪製，而非使用塊(Tiles)的形式。它有一個優點：就是在滾動或是縮放的時候不會發生有的塊還沒被渲染出來的現象(譯者註：早期的IOS上這種現象非常明顯，快速滾動到底部時要等一會網頁才會一塊一塊的繪製出來)。而這個方法的不給力之處就在於頁面複雜的時候，幀速就明顯低了。例如Android3.0，瀏覽器中現在開始使用塊的方式進行渲染，於是它可以在滾動或是放大的時候保持一個穩定的幀速，自然也會出現新的塊沒有被立即渲染出來的情況。而每個塊都是以軟體方式繪製的，我相信在IOS中也是這樣的。(在3.0之前的版本中，沒有開啟硬體加速，基於塊的策略也可以使用。而且如我之前提到的，二兒子可以很容易的達到60FPS)

11.硬體加速不能如大家所想奇跡般的讓繪製的問題統統消失。GPU的性能就是一個很重要的限制。最近一個很有趣的例子：基於英偉達的Tegra2的平板可以很容易的以60FPS的速度訪問2.5次1280*800分辨率的螢幕中的任何一個像素。現在考慮到在Android 3.0中切換到所有應用列表的情形：你需要繪製背景(1x 所有的像素)、接著是快捷方式和桌面小工具(假設內容不多，花費0.5x)，接著是所有應用的黑色背景(1x)，接著是所有應用的ICON(0.5x)。顯然，我們已經超過了原先的預算了，而此時我們還沒完成各個獨立視窗元素的拼接並做最後的顯示。想要取得60FPS的動畫，Android 3.0以及後續版本使用了一系列的小技巧。其中主要的一個就是：它將所有的視窗元素平鋪在一個層中，而不是挨個拷貝到CPU的緩存中。但即使是這樣，我們已然超出預算，幸好我們使用另一個技巧：因為Android中的背景是一個獨立的視窗元素，我們可以將它設定的比螢幕更大來放置整幅位圖，現在，用戶開始滑動，背景跟著運動，此時並不需要任何特殊的繪製，僅僅是移動視窗即可，而由於這個視窗是在一個平鋪層上，我們甚至不需要用GPU來將這個視窗元素組織到螢幕中輸出。

12.隨著螢幕分辨率的不斷升高，能否達到60FPS跟GPU的速度尤其是記憶體總線帶寬息息相關。事實上，如果你想要提升硬體的效力，特別注意要提升記憶體總線的帶寬。很多時候CPU(特別是帶有完美的NEON指令集的CPU)會比記憶體總線塊的多。

UPDATE：下面居然有這麼多討論，但是我木有能力解釋清楚相關的所有問題了。不過我會盡力在這裡提供一些我認為比較有趣的觀點。

有些人認為蓋世兔已經有了一個非常流暢的UI並指出他們已經超越三兒子並做了很多改進。事實上，大家忽略了很多設備的差異，蓋世兔的螢幕是480*800而三兒子是720*1280。如果二兒子在它480*800的螢幕上都能達到60FPS，擁有更NB的CPU的蓋世兔必須得同樣流暢嘛。

而兩者之間最大的差別就是三兒子需要同時繪製2.4倍於蓋世兔的像素。這相當於在單核上提升到2.4倍的速度。(需要指出在UI渲染的時候，多核是沒有意義的，因為渲染必須要在一個進程中完成，無法並行)

這就是為什麼硬體加速非常重要：隨著像素的提升，GPU通常能更好的處理圖像的運算。事實上，這是我們在Android中引入硬體加速的最大動力。在720*1280的螢幕上，現有的ARM CPU達到60FPS很吃力，但是通過GPU渲染就不同了。同樣，在與蓋世兔的比較中，同時開啟沒有硬體加速的應用，在三兒子中無法達到蓋世兔同樣的60FPS，是因為它得渲染2.4倍於蓋世兔的像素。

在最後，還得提及GPU的另外一個優勢：許多繪製的效果變得更加容易。比如你要以軟體形式繪製一個位圖，你除了設定一個位移，不能做任何事。僅僅是縮小就得花上相當多的時間進行渲染。而在GPU中，此類轉換則相當容易。這就是為神馬新的默認主題Holo使用硬體加速繪製背景。而在沒有開啟硬體加速的應用中，此類背景會自動去掉~

加好友 · 發表於 2011-12-9 14:11

很詳細的一篇文章
總算了解到一些之前只知道理論不知道原因的事了
多謝哩XD

加好友 · 發表於 2011-12-9 16:05

等數值發展到一定階段，相同的硬體可以有加倍運算的功效嚕~
目前數值發展還在初等階段而已~

加好友 · 發表於 2011-12-10 19:45

上面兩位竟然看的懂！
蓋世兔、二兒子、三兒子是什麼東西啊？
專有名詞是大陸用語
句子看起來像是機器翻譯的
可是又看見"木有能力"這種應該是人KEY的句子
總之是看不懂

加好友 · 發表於 2012-3-5 21:36

看不大懂那些名詞
但大概的意思是了解得出來的.
希望大大能將那些大陸名詞"翻譯"成我們可以清楚了解的說明好嗎?
不然還是有點麻煩

加好友 · 發表於 2012-3-5 22:52

二兒子和三兒子我猜應該分別是Nexus S和Galaxy Nexus吧!?

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