Android EGL/OpenGL ES Частота кадров зависает

TL;DR

Даже если вообще не рисовать, кажется невозможным поддерживать частоту обновления 60 Гц в потоке рендеринга OpenGL ES на устройстве Android. Часто возникают загадочные всплески (показаны в коде внизу), и все мои попытки выяснить, почему и как, ведут в тупик. Время в более сложных примерах с пользовательским потоком рендеринга постоянно показывало, что eglSwapBuffers() является виновником, часто превышающим 17–32 мс. Помощь?

Подробнее

Это особенно опасно, потому что требования к рендерингу для нашего проекта — выровненные по экрану элементы, плавно прокручивающиеся по горизонтали с фиксированной высокой скоростью от одной стороны экрана к другой. Другими словами, платформер. Частые падения с 60 Гц приводят к заметным хлопкам и рывкам, как с движением, зависящим от времени, так и без него. Рендеринг с частотой 30 Гц невозможен из-за высокой скорости прокрутки, которая является неотъемлемой частью дизайна.

Наш проект основан на Java для максимальной совместимости и использует OpenGL ES 2.0. Мы углубляемся только в NDK для рендеринга OpenGL ES 2.0 на устройствах API 7-8 и поддержки ETC1 на устройствах API 7. Как в нем, так и в тестовом коде, приведенном ниже, я не проверил никаких выделений/событий GC, за исключением печати журнала и автоматических потоков, находящихся вне моего контроля.

Я воссоздал проблему в одном файле, который использует стандартные классы Android и не использует NDK. Приведенный ниже код можно вставить в новый проект Android, созданный в Eclipse, и он должен в значительной степени работать «из коробки», если вы выберете уровень API 8 или выше.

Тест был воспроизведен на различных устройствах с различными графическими процессорами и версиями ОС:

• Galaxy Tab 10.1 (Android 3.1)
• Nexus S (Android 2.3.4)
• Galaxy SII (Android 2.3.3)
• XPERIA Play (Android 2.3.2)
• Невероятный дроид (Android 2.2)
• Galaxy S (Android 2.1-update1) (при снижении требований API до уровня 7)

Пример вывода (собранный менее чем за 1 секунду времени выполнения):

Spike: 0.017554
Spike: 0.017767
Spike: 0.018017
Spike: 0.016855
Spike: 0.016759
Spike: 0.016669
Spike: 0.024925
Spike: 0.017083999
Spike: 0.032984
Spike: 0.026052998
Spike: 0.017372

Я гонялся за этим какое-то время и чуть не врезался в кирпичную стену. Если исправление недоступно, то, по крайней мере, будут очень благодарны за объяснение того, почему это происходит, и советы о том, как это было преодолено в проектах с аналогичными требованиями.

Пример кода

package com.test.spikeglsurfview;

import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

import android.app.Activity;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.view.LayoutInflater;
import android.view.Window;
import android.view.WindowManager;
import android.widget.LinearLayout;

/**
 * A simple Activity that demonstrates frequent frame rate dips from 60Hz,
 * even when doing no rendering at all.
 * 
 * This class targets API level 8 and is meant to be drop-in compatible with a
 * fresh auto-generated Android project in Eclipse.
 * 
 * This example uses stock Android classes whenever possible.
 * 
 * @author Bill Roeske
 */
public class SpikeActivity extends Activity
{
    @Override
    public void onCreate( Bundle savedInstanceState )
    {
        super.onCreate( savedInstanceState );

        // Make the activity fill the screen.
        requestWindowFeature( Window.FEATURE_NO_TITLE );
        getWindow().setFlags( WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN, 
                              WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN );

        // Get a reference to the default layout.
        final LayoutInflater factory = getLayoutInflater();
        final LinearLayout layout = (LinearLayout)factory.inflate( R.layout.main, null );

        // Clear the layout to remove the default "Hello World" TextView.
        layout.removeAllViews();

        // Create a GLSurfaceView and add it to the layout.
        GLSurfaceView glView = new GLSurfaceView( getApplicationContext() );
        layout.addView( glView );

        // Configure the GLSurfaceView for OpenGL ES 2.0 rendering with the test renderer.
        glView.setEGLContextClientVersion( 2 );
        glView.setRenderer( new SpikeRenderer() );

        // Apply the modified layout to this activity's UI.
        setContentView( layout );
    }
}

class SpikeRenderer implements GLSurfaceView.Renderer
{
    @Override
    public void onDrawFrame( GL10 gl )
    {
        // Update base time values.
        final long  timeCurrentNS = System.nanoTime();
        final long  timeDeltaNS = timeCurrentNS - timePreviousNS;
        timePreviousNS = timeCurrentNS;

        // Determine time since last frame in seconds.
        final float timeDeltaS = timeDeltaNS * 1.0e-9f;

        // Print a notice if rendering falls behind 60Hz.
        if( timeDeltaS > (1.0f / 60.0f) )
        {
            Log.d( "SpikeTest", "Spike: " + timeDeltaS );
        }

        /*// Clear the screen.
        gl.glClear( GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT );*/
    }

    @Override
    public void onSurfaceChanged( GL10 gl, int width, int height )
    {
    }

    @Override
    public void onSurfaceCreated( GL10 gl, EGLConfig config )
    {
        // Set clear color to purple.
        gl.glClearColor( 0.5f, 0.0f, 0.5f, 1.0f );
    }

    private long timePreviousNS = System.nanoTime();
}