OpenGL ES 高级进阶:fence同步

大家好,这是我的 OpenGL ES 高级进阶系列文章,在我的 github 上有一个与本系列文章对应的项目,欢迎关注,链接: github.com/kenneycode/…

今天给大家介绍 OpenGL ES 3.0 的一个特性 fence ,它可以用来同步 OpenGL 命令,在多线程编程时很有用,我之前的一篇文章《OpenGL ES 命令队列及glFlush/glFinish》中有说到, OpenGL 命令的执行是在 GPU 上的,我们调用 OpenGL 方法实际上是往 OpenGL 的命令队列里面插入命令, GPU 从命令中取出命令执行。

因此,一般情况下我们调用 OpenGL 方法后,并不是马上有效果的,如果要某处确保之前的 OpenGL 执行完,就需要用到 glFinish ,但 glFinish 只能保证本线程对应的命令队列中的命令执行完,这就意味着不能在一个线程中等待另一个线程的 OpenGL 命令执行完,这就有很大的限制,回想我们在 CPU 上的同步操作,例如我们在一个线程中wait,在另一个线程中notify,这很容易实现在一个线程中等待另一个线程的指定任务执行完成,这也是我们很常用的操作,但在对于 GPU ,无法用 glFinish 来实现类似的逻辑,实际上,在 OpenGL ES 3.0 以前,是无法实现的。

到了 OpenGL ES 3.0 ,我们可以用 fence 实现,使用越来也很简单,就是在一个线程中插入一个 fence ,然后在另一个线程中就可以去等待这个 fence ,我画了一张图:

例如我们有这样一种逻辑,在 GLThread 0 中渲染一个纹理,在另一个线程 GLThread 1 中将这个纹理拿去使用,那就需要确保在 GLThread 1 使用这个纹理时, GLThread 0 对这个纹理的渲染已经完成,有了 fence 后,我们可以在 GLThread 0 渲染操作之后插入一个 fence ,然后在 GLThread 1 要使用这个纹理时去等这个 fence

我们来看看代码,先看看插入 fence 的代码:

val fenceSyncObject = GLES30.glFenceSync(GLES30.GL_SYNC_GPU_COMMANDS_COMPLETE, 0)
复制代码

这个方法调用后会往当前线程的命令队列中插入一个 fence 并返回一个 long 型变量来代码这个 fence 同步对象,以便于其它地方去等待它,有2个方法可以用于等待, glWaitSyncglClientWaitSync ,它们的差别是 glWaitSync 是在 GPU 上等待, glClientWaitSync 是在 CPU 上等待。

来看看我们有例子代码,在这个例子中,我们在一个线程中渲染一张图到一个纹理同时到屏幕上,在另一个线程中将这个纹理读出来显示到屏幕的右下角的一个 ImageView 上:

override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
            
    ...
    
    // 渲染到纹理上
    // Render to texture
    GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLES, 0, textureCoordinateData.size / VERTEX_COMPONENT_COUNT)

    // 向OpenGL的Command Buffer中插入一个fence
    // Insert a fence into the OpenGL command buffer
    val fenceSyncObject = GLES30.glFenceSync(GLES30.GL_SYNC_GPU_COMMANDS_COMPLETE, 0)

    // 在另一个线程中读取当前线程的渲染结果
    // Read the render result in the other thread
    otherThreadHandler.post {
        if (!flag) {

            // 等待fence前的OpenGL命令执行完毕
            // Waiting for completion of the OpenGL commands before our fence
            GLES30.glWaitSync(fenceSyncObject, 0, GLES30.GL_TIMEOUT_IGNORED)

            // 删除fence同步对象
            // Delete the fence sync object
            GLES30.glDeleteSync(fenceSyncObject)

            val frameBuffers = IntArray(1)
            GLES30.glGenFramebuffers(frameBuffers.size, frameBuffers, 0)
            GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE1)
            GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, sharedTexture)
            GLES30.glBindFramebuffer(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, frameBuffers[0])
            GLES30.glFramebufferTexture2D(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, GLES30.GL_COLOR_ATTACHMENT0, GLES30.GL_TEXTURE_2D, sharedTexture, 0)
            val buffer = ByteBuffer.wrap(ByteArray(glSurfaceViewWidth * glSurfaceViewHeight * 4))
            GLES30.glReadPixels(0, 0, glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight, GLES30.GL_RGBA, GLES30.GL_UNSIGNED_BYTE, buffer)
            GLES30.glBindFramebuffer(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, 0)
            val bitmap = Bitmap.createBitmap(glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight, Bitmap.Config.ARGB_8888)
            buffer.position(0)
            bitmap.copyPixelsFromBuffer(buffer)
            flag = true

            // 将读取到的渲染结果显示到一个ImageView上
            // Display the read render result on a ImageView
            imageView.post {
                imageView.setImageBitmap(bitmap)
            }
        }

    }

    // 将frame buffer绑回0号,将渲染结果同时也显示到屏幕上
    // Bind frame buffer to 0# and also render the result on screen
    GLES30.glBindFramebuffer(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, 0)

    GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE0)
    GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, imageTexture)

    GLES30.glClearColor(0.9f, 0.9f, 0.9f, 1f)

    // 清屏
    // Clear the screen
    GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT)

    // 设置视口,这里设置为整个GLSurfaceView区域
    // Set the viewport to the full GLSurfaceView
    GLES30.glViewport(0, 0, glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight)

    GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLES, 0, vertexData.size / VERTEX_COMPONENT_COUNT)
}
复制代码

加了 fence 后就能保证在另一个线程中读出的时候,图片纹理已经渲染完成了,如果不加 fence ,可能会观察到读出来的纹理是残缺不全的,渲染操作越是复杂,越是可能观察到,因为读的时候还来不及渲染完,在这个例子中,我做了一个模糊操作,让渲染操作稍微变得复杂。

下面是这个例子的效果:

代码在我 githubOpenGLESPro 项目中,本文对应的是 SampleFenceSync ,项目链接: github.com/kenneycode/…

感谢阅读!

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