Unity安卓共享纹理

前置知识：安卓集成Unity开发示例

本文的目的是实现以下的流程：

Android/iOS native app 操作摄像头 -> 获取视频流数据 -> 人脸检测或美颜 -> 传输给 Unity 渲染 -> Unity做出更多的效果（滤镜/粒子）

简单通信

在之前的博客里已经说到，Unity 和安卓通信最简单的方法是用 UnitySendMessage 等 API 实现。

• Android调用Unity：

  //向unity发消息
  UnityPlayer.UnitySendMessage("Main Camera", //gameobject的名字
                               "ChangeColor", //调用方法的名字
                               "");			//参数智能传字符串，没有参数则传空字符串
  

• Unity调用Android：

  //通过该API来实例化java代码中对应的类
  AndroidJavaObject jc = new AndroidJavaObject("com.xxx.xxx.UnityPlayer");
  jo.Call("Test");//调用void Test()方法
  jo.Call("Text1", msg);//调用string Test1(string str)方法
  jo.Call("Text2", 1, 2);//调用int Test1(int x, int y)方法
  

所以按理来说我们可以通过 UnitySendMessage 将每一帧的数据传给 Unity，只要在 onPreviewFrame 这个回调里执行就能跑通。

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

但是，且不说 UnitySendMessage 只能传递字符串数据（必然带来的格式转换的开销）， onPreviewFrame() 回调方法也涉及到从GPU拷贝到CPU的操作，总的流程相当于下图所示，用屁股想都知道性能太低了。既然我们的最终目的都是传到GPU上让Unity渲染线程渲染，那何不直接在GPU层传递纹理数据到Unity。

获取和创建Context

于是我们开始尝试从 Unity 线程中拿到 EGLContext 和 EGLConfig ，将其作为参数传递给 Java线程 的 eglCreateContext() 方法创建 Java 线程的 EGLContext ，两个线程就相当于共享 EGLContext 了

先在安卓端写好获取上下文的方法 setupOpenGL() ，供 Unity 调用（代码太长，if 里的 check 的代码已省略）

// 创建单线程池，用于处理OpenGL纹理
private final ExecutorService mRenderThread = Executors.newSingleThreadExecutor();

private volatile EGLContext mSharedEglContext;
private volatile EGLConfig mSharedEglConfig;

// 被unity调用获取EGLContext,在Unity线程执行
public void setupOpenGL {
    Log.d(TAG, "setupOpenGL called by Unity ");

    // 获取Unity线程的EGLContext,EGLDisplay
    mSharedEglContext = EGL14.eglGetCurrentContext();
    if (mSharedEglContext == EGL14.EGL_NO_CONTEXT) {...}
    EGLDisplay sharedEglDisplay = EGL14.eglGetCurrentDisplay();
    if (sharedEglDisplay == EGL14.EGL_NO_DISPLAY) {...}
    
    // 获取Unity绘制线程的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线程内
        @Override
        public void run() {
            // Java线程初始化OpenGL环境
            initOpenGL();
            // 生成OpenGL纹理ID
            int textures[] = new int[1];
            GLES20.glGenTextures(1, textures, 0);
            if (textures[0] == 0) {...}
            mTextureID = textures[0];
            mTextureWidth = 670;
            mTextureHeight = 670;
        }
    });
}

在 Java 线程内初始化 OpenGL 环境

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, // 版本需要与Unity使用的一致
        EGL14.EGL_NONE
    };

    // 将Unity线程的EGLContext和EGLConfig作为参数,传递给eglCreateContext,
    // 创建Java线程的EGLContext,从而实现两个线程共享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线程不进行实际绘制，因此创建PbufferSurface而非WindowSurface
    // 将Unity线程的EGLConfig作为参数传递给eglCreatePbufferSurface
    // 创建Java线程的EGLSurface
    mEglSurface = EGL14.eglCreatePbufferSurface(mEGLDisplay, mSharedEglConfig, surfaceAttribList, 0);
    if (mEglSurface == EGL14.EGL_NO_SURFACE) {...}
    if (!EGL14.eglMakeCurrent(
        mEGLDisplay, mEglSurface, mEglSurface, mEglContext)) {...}

    GLES20.glFlush();
}

共享纹理

共享context完成后，两个线程就可以共享纹理了。只要让 Unity 线程拿到将 Java 线程生成的纹理 id ，再用 CreateExternalTexture() 创建纹理渲染出即可，C#代码如下：

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

    private void Awake(){
        // 实例化com.xxx.nativeandroidapp.GLTexture类的对象
        mGLTexCtrl = new AndroidJavaObject("com.xxx.nativeandroidapp.GLTexture");
        // 初始化OpenGL
        mGLTexCtrl.Call("setupOpenGL");
    }

    void Start(){
        BindTexture();
    }
    
    void BindTexture(){
        // 获取 Java 线程生成的纹理ID
        mTextureId = mGLTexCtrl.Call<int>("getStreamTextureID");
        if (mTextureId == 0) {...}
        mWidth = mGLTexCtrl.Call<int>("getStreamTextureWidth");
        mHeight = mGLTexCtrl.Call<int>("getStreamTextureHeight");
        // 创建纹理并绑定到当前GameObject上
        material.mainTexture = 
            Texture2D.CreateExternalTexture(
            	mWidth, mHeight, 
            	TextureFormat.ARGB32, 
            	false, false, 
            	(IntPtr)mTextureId);
        // 更新纹理数据
        mGLTexCtrl.Call("updateTexture");
    }
}

unity需要调用updateTexture方法更新纹理

public void updateTexture() {
    //Log.d(TAG,"updateTexture called by unity");
    mRenderThread.execute(new Runnable() { //java线程内
        @Override
        public void run() {
            String imageFilePath = "your own picture path"; //图片路径
            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();//回收内存
        }
    });
}

同时注意必须关闭unity的多线程渲染，否则无法获得Unity渲染线程的EGLContext（应该有办法，小弟还没摸索出来），还要选择对应的图形 API，我们之前写的是 GLES3，如果我们写的是 GLES2，就要换成 2 。

然后就可以将 Unity 工程打包到安卓项目，如果没意外是可以显示纹理出来的。

如果没有成功可以用 glGetError() 一步步检查报错，按上面的流程应该是没有问题的，完整 java 代码在这里。

视频流RTT

那么如果把图片换成 camera 视频流的话呢？上述的方案假定 Java 层更新纹理时使用的是 RGB 或 RBGA 格式的数据，但是播放视频或者 camera 预览这种应用场景下，解码器解码出来的数据是 YUV 格式，Unity 读不懂这个格式的数据，但是问题不大，我们可以编写 Unity Shader 来解释这个数据流（也就是用 GPU 进行格式转换了）

另一个更简单的做法是通过一个 FBO 进行转换：先让 camera 视频流渲染到 SurfaceTexture 里（SurfaceTexture 使用的是 GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES ，Unity不支持），再创建一份 Unity 支持的 GL_Texture2D 。待 SurfaceTexture 有新的帧后，创建 FBO，调用 glFramebufferTexture2D 将 GL_Texture2D 纹理与 FBO 关联起来，这样在 FBO 上进行的绘制，就会被写入到该纹理中。之后和上面一样，再把 Texutrid 返回给 unity ，就可以使用这个纹理了。这就是 RTT Render To Texture。

private SurfaceTexture mSurfaceTexture; //camera preview
private GLTextureOES mTextureOES;       //GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES
private GLTexture2D mUnityTexture;      //GL_TEXTURE_2D 用于在Unity里显示的贴图
private FBO mFBO;						//具体代码在github仓库

public void openCamera() {
	......
    
    // 利用OpenGL生成OES纹理并绑定到mSurfaceTexture
    // 再把camera的预览数据设置显示到mSurfaceTexture，OpenGL就能拿到摄像头数据。
    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 更新后（可以在 onFrameAvailable 回调内设置 bool mFrameUpdated = true; ）让 Unity 调用这个 updateTexture() 获取纹理 id 。

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

        // 根据宽高创建Unity使用的GL_TEXTURE_2D纹理
        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();
    }
}

详细的代码可以看这个 demo，简单封装了下。

跑通流程之后就很好办了，Unity 场景可以直接显示camera预览

这时候你想做什么效果都很简单了，比如用 Unity Shader 写一个赛博朋克风格的滤镜：

shader代码

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
}

还有其他粒子效果也可以加入，比如Unity音量可视化——粒子随声浪跳动

纹理取回

在安卓端取回纹理也是可行的，我没有写太多，这里做了一个示例，在 updateTexture() 加入这几行

// 创建读出的GL_TEXTURE_2D纹理
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是否是当前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;//断点
mFBOCopy.FBOEnd();

在 dest = null; 打个断点，就能在 android studio 查看当前捕捉下来的 Bitmap，是 Unity 做完效果之后的。

END

感谢阅读