浅谈Google Skia图形引擎

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历史

2008年九月，Google宣布以改良过的WebKit为核心的网络浏览器Chrome，揭露了众多新特征，比方说崭新的[V8]JavaScript (ECMAscript) 执行引擎，或许因为太亮眼，掩蔽了所使用另一个开放原始码项目[skia]，后者是个 2D向量图形处理函式库，包含字型、坐标转换，以及位图都有高效能且简洁的表现。不仅用于GoogleChrome 浏览器，新兴的Android开放手机平台也采用skia作为绘图处理，搭配OpenGL/ES与特定的硬件特征，强化显示的效果，本文简介GoogleSkia 的历史背景、应用层面，并探讨其程序设计模型。

Google为了搭建OpenHandset Alliance (OHA) 的Android平台，布局极久，背后的百人研发团队部份来自之前的并购案，其中两项具指标性意义：

• 2005年八月17日，收购美国Android公司，业务是手机软件开发，这当然就是现在开放源码Android计划的前身

• 2005年十一月，收购美国Skia公司，业务是向量绘图软件

被Google收购前的Android公司有着在IT产业为人所津津乐道的成果，本文就不多谈，而Skia公司自然也不是省油的灯。SkiaInc. 设立于北卡罗莱纳州的ChapelHIll，由MichaelReed (也称为MikeReed) 所创办，他在图形技术领域是相当顶尖的人物，与BenoitSchillings (BeOS 主要开发者，BeInc. 第二位工程师，现为NokiaCTO) 于专业手机软件开发公司OpenWave共事时，即在该公司产品OpenWavePhone Suite Version 7.0 (以下简称V7)引入精湛的向量图形技术，在50-300kb 空间的实做中，提供了图层overlay之间alphablended 预览、全功能向量矩阵转换等进阶功能。在加入OpenWave之前，MikeReed 服务于Apple，代表项目为QuickDrawGX，主导进阶图形与字型处理技术。BenoitSchillings 离开OpenWave转任TrolltechCTO 期间，MikeReed 开创了SkiaInc.，该公司第一个产品为SGL(Skia Graphics Library)，一个非常严谨的向量显示引擎，能在低端设备比如手机、电视及其它手持设备之上，呈现高质量的2D图形。根据LocalTechWire的描述：

"Skia’sfirst product, SGL, is a portable graphics engine capable ofrendering state-of-the-art 2D graphics on low-end devices such asmobile phones, TVs, and handhelds,” the Web site said. “SGL isfeature-set compatible with existing 2D standards, making it ideal toserve as a back-end for public formats such as SVG, PDF, and OpenVG.SGL is licensed as source or binary, and can be customized to matchspecific HW/framebuffer requirements.”

自2005年Skia被Google 收购后，一直相当神秘低调，直到2007年初，SkiaGL 相关的程序代码才被揭露，作为GoogleAndroid 平台的图形引擎，稍候的GoogleChrome 浏览器也采用Skia引擎。随着Android与Chrome(开放版本称为"Chromium")两大项目公布程序代码后，skia也一并公开原始程序代码，以ApacheLicense v2 释出(注意，这意味着与GPLv2授权不兼容)，而Android与Chrome的程序代码库中都有一份[skia]的复制，因需求不同，做了部份的修改，比方说Chrome项目底下的[chrome/trunk/src/skia]，需要注意的是，Skia本身是不涉及底层环境，如LinuxFramebuffer 或Gtk+衔接的处理，这也是何以Android(透过LinuxFramebuffer) 与Chrome(开发中的Linux版本使用Gtk+)需要提供一份修改，以便系统接轨，关于这方面的信息，可参照GoogleChromium 的开发日志[Graphicsin Google Chrome]
相较于Firefox1.x，后继的Firefox2.x/3.x 在图形显示方面有相当大的进展，很大层面归功于引入Cario向量图形链接库来处理网页绘制，而Skia就相当于扮演Cairo的角色，不过更轻量些。快速发展的WebKit俨然是从桌面应用跨足移动装置之网页引擎解决方案的首选，Apple与Google都有为数可观的全职工程师投入，拜因特网的威力，也有其它厂商与团体个人积极投入开发，目前WebKit支持的图形函式库计有Cairo,Gtk+, Qt4, WxWidgets, Cg (Mac 的非开放原始码函式库),Skia 等等，并以WebKit中classGraphicsContext 处理前述图形函式库的实做，可针对不同平台的特性，规范不同平台所需的宏与成员，详情可参考程序代码WebCore/platform/graphics/GraphicsContext.{h,cpp}。
Skia以C++实做，程序代码约八万行，基本某些未知的因素，可参考的文件相当有限，但Chromium的SVNlog 与程序代码则是现在最完整的文件，以下是其特征：

• 高度优化的软件rasteriser(module sgl/)

• 选择性透过OpenGL/ES，加速特定操作，如shader与textures(module gl/)

• 动画处理能力(moduleanimator/)

• 内建SVG支援(module(svg/)

• 内建若干imagecodec，如PNG,JPEG, GIF, BMP (modules images/)

• 内建文字处理，但缺乏泰文、藏文一类复杂文字处理的能力

• 效能特性：

  • 对image与特定数据型态的Copy-on-write

  • 内部存储器管理，谨慎地被免fragmentation

  • Thread-safety

Skia实做所需的相依性：

• 字型:FreeType (值得注意的是，FreeType的维护者DavidTurner 目前任职于Google),Windows GDI

• 多执行绪模型:pthread, Windows threads

• XML:expat, tinyxml