Android图形系统（三）：揭秘渲染/合成背后的底层原理

Android 图形系统：揭秘渲染与合成背后的机制

对于任何 Android 应用程序开发人员来说，了解应用程序的图形是如何最终显示在屏幕上的至关重要，即使我们不必编写操作系统代码。让我们深入研究 Android 图形系统的幕后原理，重点关注渲染和合成的机制。

Android 图形架构概述

Android 图形系统是一个多层次结构，由以下主要组件组成：

• SurfaceFlinger ：这个窗口管理器负责处理窗口的创建、销毁和 Z 轴排序。
• OpenGL ES ：这个图形 API 用于绘制 2D 和 3D 图形。
• Skia ：这个 2D 图形引擎负责将矢量和位图图形转换为像素。

渲染流程

渲染过程将应用程序创建的图形命令转换为屏幕上的像素。让我们分步了解这个过程：

1. 应用程序创建绘图命令 ：应用程序使用 OpenGL ES 或 Skia 创建绘图命令，指定要绘制的图形对象。
2. SurfaceFlinger 将命令缓冲 ：SurfaceFlinger 将绘图命令缓冲在称为 Surface 的对象中。
3. 硬件合成 ：硬件（通常是 GPU）将缓冲的命令合成到一个帧缓冲区中。
4. 显示到屏幕 ：帧缓冲区的内容显示在屏幕上。

合成流程

合成过程将多个表面合并成一个最终的帧缓冲区，该缓冲区将显示在屏幕上。这个流程通常涉及以下步骤：

1. Z 轴排序 ：SurfaceFlinger 根据窗口的 Z 轴顺序对表面进行排序。
2. 裁剪 ：丢弃超出屏幕范围的表面部分。
3. 合并 ：将表面按 Z 轴顺序合并到帧缓冲区中。
4. 显示到屏幕 ：帧缓冲区的内容显示在屏幕上。

底层原理

SurfaceFlinger

SurfaceFlinger 是一个无头合成器，负责管理屏幕上的所有窗口。它将应用程序窗口转换为 Surface 对象，并处理窗口的创建、销毁和 Z 轴排序。

OpenGL ES

OpenGL ES 是一个图形 API，用于绘制 2D 和 3D 图形。它为应用程序提供了绘制基本形状、纹理和光源的命令。

Skia

Skia 是一个 2D 图形引擎，负责将矢量和位图图形转换为像素。它提供了对位图、文本和路径操作的支持。

示例

让我们考虑一个简单的应用程序，它在屏幕上绘制一个矩形。渲染和合成流程如下：

1. 渲染 ：应用程序使用 OpenGL ES 创建绘制矩形的命令。
2. SurfaceFlinger ：SurfaceFlinger 将绘图命令缓冲在 Surface 对象中。
3. 合成 ：GPU 将缓冲的命令合成到一个帧缓冲区中。
4. 显示到屏幕 ：帧缓冲区的内容显示在屏幕上，矩形可见。

结论

了解 Android 图形系统的底层原理对于应用程序开发人员来说至关重要。通过理解渲染和合成的过程，开发人员可以更好地优化应用程序的图形性能，并创建引人入胜且响应迅速的用户界面。在后续的文章中，我们将进一步探索 Android 图形系统，重点关注性能优化和常见问题。

常见问题解答

1. SurfaceFlinger 是什么？

   • SurfaceFlinger 是一个窗口管理器，负责管理屏幕上的窗口。

2. OpenGL ES 是什么？

   • OpenGL ES 是一个图形 API，用于绘制 2D 和 3D 图形。

3. Skia 是什么？

   • Skia 是一个 2D 图形引擎，负责将矢量和位图图形转换为像素。

4. 渲染和合成之间的区别是什么？

   • 渲染将图形命令转换为屏幕上的像素，而合成将多个表面合并成一个最终帧缓冲区。

5. SurfaceFlinger 如何处理 Z 轴顺序？

   • SurfaceFlinger 根据窗口的 Z 轴顺序对表面进行排序，确保顶层窗口位于最前面。