Unity安卓共享紋理

前置知識：安卓整合Unity開發示例

本文的目的是實現以下的流程：

Android/iOS native app 操作攝像頭 -> 獲取視訊流資料 -> 人臉檢測或美顏 -> 傳輸給 Unity 渲染 -> Unity做出更多的效果（濾鏡/粒子）

簡單通訊

在之前的部落格裡已經說到，Unity 和安卓通訊最簡單的方法是用 UnitySendMessage 等 API 實現。

• Android呼叫Unity：

  //向unity發訊息
  UnityPlayer.UnitySendMessage("Main Camera", //gameobject的名字
                               "ChangeColor", //呼叫方法的名字
                               "");			//引數智慧傳字串，沒有引數則傳空字串
  

• Unity呼叫Android：

  //通過該API來例項化java程式碼中對應的類
  AndroidJavaObject jc = new AndroidJavaObject("com.xxx.xxx.UnityPlayer");
  jo.Call("Test");//呼叫void Test()方法
  jo.Call("Text1", msg);//呼叫string Test1(string str)方法
  jo.Call("Text2", 1, 2);//呼叫int Test1(int x, int y)方法
  

所以按理來說我們可以通過 UnitySendMessage 將每一幀的資料傳給 Unity，只要在 onPreviewFrame 這個回撥裡執行就能跑通。

@Override public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera){
    // function trans data[] to Unity
}

但是，且不說 UnitySendMessage 只能傳遞字串資料（必然帶來的格式轉換的開銷）， onPreviewFrame() 回撥方法也涉及到從GPU拷貝到CPU的操作，總的流程相當於下圖所示，用屁股想都知道效能太低了。既然我們的最終目的都是傳到GPU上讓Unity渲染執行緒渲染，那何不直接在GPU層傳遞紋理資料到Unity。

獲取和建立Context

於是我們開始嘗試從 Unity 執行緒中拿到 EGLContext 和 EGLConfig ，將其作為引數傳遞給 Java執行緒 的 eglCreateContext() 方法建立 Java 執行緒的 EGLContext ，兩個執行緒就相當於共享 EGLContext 了

先在安卓端寫好獲取上下文的方法 setupOpenGL() ，供 Unity 呼叫（程式碼太長，if 裡的 check 的程式碼已省略）

// 建立單執行緒池，用於處理OpenGL紋理
private final ExecutorService mRenderThread = Executors.newSingleThreadExecutor();

private volatile EGLContext mSharedEglContext;
private volatile EGLConfig mSharedEglConfig;

// 被unity呼叫獲取EGLContext,在Unity執行緒執行
public void setupOpenGL {
    Log.d(TAG, "setupOpenGL called by Unity ");

    // 獲取Unity執行緒的EGLContext,EGLDisplay
    mSharedEglContext = EGL14.eglGetCurrentContext();
    if (mSharedEglContext == EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {...}
    EGLDisplay sharedEglDisplay = EGL14.eglGetCurrentDisplay();
    if (sharedEglDisplay == EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {...}
    
    // 獲取Unity繪製執行緒的EGLConfig
    int[] numEglConfigs = new int[1];
    EGLConfig[] eglConfigs = new EGLConfig[1];
    if (!EGL14.eglGetConfigs(sharedEglDisplay, eglConfigs, 0, 
                             eglConfigs.length,numEglConfigs, 0)) {...}

    mSharedEglConfig = eglConfigs[0];
    mRenderThread.execute(new Runnable() {	// Java執行緒內
        @Override
        public void run() {
            // Java執行緒初始化OpenGL環境
            initOpenGL();
            // 生成OpenGL紋理ID
            int textures[] = new int[1];
            GLES20.glGenTextures(1, textures, 0);
            if (textures[0] == 0) {...}
            mTextureID = textures[0];
            mTextureWidth = 670;
            mTextureHeight = 670;
        }
    });
}

在 Java 執行緒內初始化 OpenGL 環境

private void initOpenGL() {
    mEGLDisplay = EGL14.eglGetDisplay(EGL14.EGL_DEFAULT_DISPLAY);
    if (mEGLDisplay == EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {...}

    int[] version = new int[2];
    if (!EGL14.eglInitialize(mEGLDisplay, version, 0, version, 1)) {...}

    int[] eglContextAttribList = new int[]{
        EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 3, // 版本需要與Unity使用的一致
        EGL14.EGL_NONE
    };

    // 將Unity執行緒的EGLContext和EGLConfig作為引數,傳遞給eglCreateContext,
    // 建立Java執行緒的EGLContext,從而實現兩個執行緒共享EGLContext
    mEglContext = EGL14.eglCreateContext(
        mEGLDisplay, mSharedEglConfig, mSharedEglContext,
        eglContextAttribList, 0);
    if (mEglContext == EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {...}

    int[] surfaceAttribList = {
        EGL14.EGL_WIDTH, 64,
        EGL14.EGL_HEIGHT, 64,
        EGL14.EGL_NONE
    };

    // Java執行緒不進行實際繪製，因此建立PbufferSurface而非WindowSurface
    // 將Unity執行緒的EGLConfig作為引數傳遞給eglCreatePbufferSurface
    // 建立Java執行緒的EGLSurface
    mEglSurface = EGL14.eglCreatePbufferSurface(mEGLDisplay, mSharedEglConfig, surfaceAttribList, 0);
    if (mEglSurface == EGL14.EGL_NO_SURFACE) {...}
    if (!EGL14.eglMakeCurrent(
        mEGLDisplay, mEglSurface, mEglSurface, mEglContext)) {...}

    GLES20.glFlush();
}

共享紋理

共享context完成後，兩個執行緒就可以共享紋理了。只要讓 Unity 執行緒拿到將 Java 執行緒生成的紋理 id ，再用 CreateExternalTexture() 建立紋理渲染出即可，C#程式碼如下：

public class GLTexture : MonoBehaviour
{
    private AndroidJavaObject mGLTexCtrl;
    private int mTextureId;
    private int mWidth;
    private int mHeight;

    private void Awake(){
        // 例項化com.xxx.nativeandroidapp.GLTexture類的物件
        mGLTexCtrl = new AndroidJavaObject("com.xxx.nativeandroidapp.GLTexture");
        // 初始化OpenGL
        mGLTexCtrl.Call("setupOpenGL");
    }

    void Start(){
        BindTexture();
    }
    
    void BindTexture(){
        // 獲取 Java 執行緒生成的紋理ID
        mTextureId = mGLTexCtrl.Call<int>("getStreamTextureID");
        if (mTextureId == 0) {...}
        mWidth = mGLTexCtrl.Call<int>("getStreamTextureWidth");
        mHeight = mGLTexCtrl.Call<int>("getStreamTextureHeight");
        // 建立紋理並繫結到當前GameObject上
        material.mainTexture = 
            Texture2D.CreateExternalTexture(
            	mWidth, mHeight, 
            	TextureFormat.ARGB32, 
            	false, false, 
            	(IntPtr)mTextureId);
        // 更新紋理資料
        mGLTexCtrl.Call("updateTexture");
    }
}

unity需要呼叫updateTexture方法更新紋理

public void updateTexture() {
    //Log.d(TAG,"updateTexture called by unity");
    mRenderThread.execute(new Runnable() { //java執行緒內
        @Override
        public void run() {
            String imageFilePath = "your own picture path"; //圖片路徑
            final Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(imageFilePath);
            GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, mTextureID);
            GLES20.glTexParameteri(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES20.GL_NEAREST);
            GLES20.glTexParameteri(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_NEAREST);
            GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE);
            GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE);
            GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);
            GLES20.glTexParameteri(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);
            GLUtils.texImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);
            GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0);
            bitmap.recycle();//回收記憶體
        }
    });
}

同時注意必須關閉unity的多執行緒渲染，否則無法獲得Unity渲染執行緒的EGLContext（應該有辦法，小弟還沒摸索出來），還要選擇對應的圖形 API，我們之前寫的是 GLES3，如果我們寫的是 GLES2，就要換成 2 。

然後就可以將 Unity 工程打包到安卓專案，如果沒意外是可以顯示紋理出來的。

如果沒有成功可以用 glGetError() 一步步檢查報錯，按上面的流程應該是沒有問題的，完整 java 程式碼在這裡。

視訊流RTT

那麼如果把圖片換成 camera 視訊流的話呢？上述的方案假定 Java 層更新紋理時使用的是 RGB 或 RBGA 格式的資料，但是播放視訊或者 camera 預覽這種應用場景下，解碼器解碼出來的資料是 YUV 格式，Unity 讀不懂這個格式的資料，但是問題不大，我們可以編寫 Unity Shader 來解釋這個資料流（也就是用 GPU 進行格式轉換了）

另一個更簡單的做法是通過一個 FBO 進行轉換：先讓 camera 視訊流渲染到 SurfaceTexture 裡（SurfaceTexture 使用的是 GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES ，Unity不支援），再建立一份 Unity 支援的 GL_Texture2D 。待 SurfaceTexture 有新的幀後，建立 FBO，呼叫 glFramebufferTexture2D 將 GL_Texture2D 紋理與 FBO 關聯起來，這樣在 FBO 上進行的繪製，就會被寫入到該紋理中。之後和上面一樣，再把 Texutrid 返回給 unity ，就可以使用這個紋理了。這就是 RTT Render To Texture。

private SurfaceTexture mSurfaceTexture; //camera preview
private GLTextureOES mTextureOES;       //GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES
private GLTexture2D mUnityTexture;      //GL_TEXTURE_2D 用於在Unity裡顯示的貼圖
private FBO mFBO;						//具體程式碼在github倉庫

public void openCamera() {
	......
    
    // 利用OpenGL生成OES紋理並繫結到mSurfaceTexture
    // 再把camera的預覽資料設定顯示到mSurfaceTexture，OpenGL就能拿到攝像頭資料。
    mTextureOES = new GLTextureOES(UnityPlayer.currentActivity, 0,0);
    mSurfaceTexture = new SurfaceTexture(mTextureOES.getTextureID());
    mSurfaceTexture.setOnFrameAvailableListener(this);
    try {
        mCamera.setPreviewTexture(mSurfaceTexture);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    mCamera.startPreview();
}

SurfaceTexture 更新後（可以在 onFrameAvailable 回撥內設定 bool mFrameUpdated = true; ）讓 Unity 呼叫這個 updateTexture() 獲取紋理 id 。

public int updateTexture() {
    synchronized (this) {
        if (mFrameUpdated) { mFrameUpdated = false; }
        mSurfaceTexture.updateTexImage();
        int width = mCamera.getParameters().getPreviewSize().width;
        int height = mCamera.getParameters().getPreviewSize().height;

        // 根據寬高建立Unity使用的GL_TEXTURE_2D紋理
        if (mUnityTexture == null) {
            Log.d(TAG, "width = " + width + ", height = " + height);
            mUnityTexture = new GLTexture2D(UnityPlayer.currentActivity, width, height);
            mFBO = new FBO(mUnityTexture);
        }
        Matrix.setIdentityM(mMVPMatrix, 0);
        mFBO.FBOBegin();
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
        mTextureOES.draw(mMVPMatrix);
        mFBO.FBOEnd();

        Point size = new Point();
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= 17) {
            UnityPlayer.currentActivity.getWindowManager().getDefaultDisplay().getRealSize(size);
        } else {
            UnityPlayer.currentActivity.getWindowManager().getDefaultDisplay().getSize(size);
        }
        GLES20.glViewport(0, 0, size.x, size.y);

        return mUnityTexture.getTextureID();
    }
}

詳細的程式碼可以看這個 demo，簡單封裝了下。

跑通流程之後就很好辦了，Unity 場景可以直接顯示camera預覽

這時候你想做什麼效果都很簡單了，比如用 Unity Shader 寫一個賽博朋克風格的濾鏡：

shader程式碼

Shader "Unlit/CyberpunkShader"
{
	Properties
	{
		_MainTex("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
		_Power("Power", Range(0,1)) = 1
	}
	SubShader
	{
		Tags { "RenderType" = "Opaque" }
		Pass
		{
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			#include "UnityCG.cginc"

			struct a2v 
			{
				float4 vertex : POSITION;
				float2 texcoord : TEXCOORD0;
			};

			struct v2f 
			{
				float4 vertex : SV_POSITION;
				half2 texcoord : TEXCOORD0;
			};

			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			float _Power;

			v2f vert(a2v v)
			{
				v2f o;
				o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.texcoord = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				return o;
			}

			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
			{
				fixed4 baseTex = tex2D(_MainTex, i.texcoord);
				float3 xyz = baseTex.rgb;
				float oldx = xyz.x;
				float oldy = xyz.y;
				float add = abs(oldx - oldy)*0.5;
				float stepxy = step(xyz.y, xyz.x);
				float stepyx = 1 - stepxy;
				xyz.x = stepxy * (oldx + add) + stepyx * (oldx - add);
				xyz.y = stepyx * (oldy + add) + stepxy * (oldy - add);
				xyz.z = sqrt(xyz.z);
				baseTex.rgb = lerp(baseTex.rgb, xyz, _Power);
				return baseTex;
			}
			ENDCG
		}
	}
	Fallback off
}

還有其他粒子效果也可以加入，比如Unity音量視覺化——粒子隨聲浪跳動

紋理取回

在安卓端取回紋理也是可行的，我沒有寫太多，這裡做了一個示例，在 updateTexture() 加入這幾行

// 建立讀出的GL_TEXTURE_2D紋理
if (mUnityTextureCopy == null) {
    Log.d(TAG, "width = " + width + ", height = " + height);
    mUnityTextureCopy = new GLTexture2D(UnityPlayer.currentActivity, size.x, size.y);
    mFBOCopy = new FBO(mUnityTextureCopy);
}
GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, mUnityTextureCopy.mTextureID);
GLES20.glCopyTexSubImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0,0,0,0,0,size.x, size.y);
mFBOCopy.FBOBegin();
// //test是否是當前FBO
// GLES20.glClearColor(1,0,0,1);
// GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// GLES20.glFinish();
int mImageWidth = size.x;
int mImageHeight = size.y;
Bitmap dest = Bitmap.createBitmap(mImageWidth, mImageHeight, Bitmap.Config.ARGB_8888);
final ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(mImageWidth * mImageHeight * 4);
GLES20.glReadPixels(0, 0, mImageWidth, mImageHeight, GLES20.GL_RGBA, GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE, buffer);
dest.copyPixelsFromBuffer(buffer);
dest = null;//斷點
mFBOCopy.FBOEnd();

在 dest = null; 打個斷點，就能在 android studio 檢視當前捕捉下來的 Bitmap，是 Unity 做完效果之後的。

END

感謝閱讀