Android字体渲染器—使用OpenGL ES进行高效文字渲染

文字与Android

Android上的文字渲染加速器硬件最初是由Renderscript团队写的，然后被很多工程师改进和优化，包括我和好友Chet Haase。在网络上，可以很容易找到很多关于怎么使用OpenGL ES渲染文字的教程。如果觉得还不够，可以看看关于游戏的文章，只看关于文字渲染部分就行。

本文说不是很新奇的知识，只是对于很多开发者来说，通过本文可以从深层次上了解如何实现一个基于GPU的文字渲染系统，文章最后还介绍了一些比较容易实现的优化方法。

用OpenGL渲染文字的常用方法是计算包含所需字形的所有纹理集。这个操作通常是使用一些相当复杂的算法进行离线操作，这样可以在构造字形的时候更加高效。在创建这样一个纹理集之前，首先需要知道应用程序在运行时要使用的字体，包括字体样式、大小以及其它属性。

在Android上，提前进行字体纹理生成不是一个实用的方案。Android上的UI工具并不能知道应用系统会使用什么字体和字形，并且应用还可以在运行时载入自定义的字体，这是主要的限制。Android字体渲染还必须遵循以下条例：

• 它必须在运行时建立字体缓存；
• 它必须能够处理大量的字体；
• 它必须可以处理大量的符号；
• 它必须要尽可能减少字体上的资源消耗；
• 必须运行要快速；
• 在低端和高端机器上也能够良好运行；
• 能完美与其它组件结合（驱动程序或GPU）。

字体渲染器的实现

在进入底层OpenGL字体渲染器工作原理之前，我们先从应用层使用的高级别的API开始。这些API对于理解libhwui很重要。

文字API

用于布局和绘制文字主要有4个API：

• android.widget.TextView：一个可以处理文字布局和渲染的视图组件。
• android.text.*：一个可以创建风格化文字和布局的类集合。
• android.graphics.Paint：用于测量文字。
• android.graphics.Canvas：用于渲染文字。

TextView和android.text的都是在Paint和Canvas上的高级API。Android3.0以后，Paint和Canvas直接被实现在Skia之上，这是一个开源的渲染库。SKia提供了一个很好的Freetype抽象实现，这是一个很热门的开源字体栅格化程序。

对于Android4.4，情况变得有些复杂。Paint和Canvas都使用了一个内部的JNI API，叫做TextLayoutCache。它可以处理复杂的文字布局（CTL）。这个API依赖Harfbuzz，一个空间开源的字形引擎。TextLayoutCache的输入是一个字体和一个Java的UTF-16的字符串，输出是一个带有x/y坐标的字形列表。

TextLayoutCache是支持非拉丁语言的要点，比如阿拉伯语言、希伯来语、泰国语等，本文不会解释TextLayoutCache和Harfbuzz的工作原理，但本人强烈建议读者去学习学习CTL。如果在开发应用的时候需要支持非拉丁语言环境，那么就要学习它了。如果你曾经参与过OpenGL渲染文字的文章中的讨论，就会发现这种特殊的问题是很少见的。绘制文字比简单排布字形更复杂。某些语言中，比如阿拉伯语是从右到左的，还有泰语甚至需要把字形排布在前一个字形的上面或者下面。

也就是说，当直接或间接调用Canvas.drawText()函数的时候，OpenGL 渲染器不会收到你发送的参数，而是收到一串数字、符号标识，还有x/y 坐标集合。