unity3d中圖片渲染流程是什么

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相關(guān)名詞

GPU（Graphic Processor Unit）

圖形處理單元

GLSL（OpenGL Shading Language）著色語言

是用來在OpenGL中著色編程的語言，也即開發(fā)人員寫的短小的自定義程序，他們是在顯卡的 GPU 上執(zhí)行的，代替了固定的渲染管線的一部分，使渲染管線中不同層次具有可編程性。比如：視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等。GLSL 的著色器代碼分成2個部分：Vertex Shader（頂點(diǎn)著色器）和Fragment（片斷著色器）

頂點(diǎn)著色器（VertexShader）

一般用來處理圖形每個頂點(diǎn)變換(旋轉(zhuǎn)/平移/投影等)

頂點(diǎn)著色器是OpenGL中用于 計算頂點(diǎn)屬性 的 程序 。頂點(diǎn)著色器是逐頂點(diǎn)運(yùn)算的程序，也就是說 每個頂點(diǎn)數(shù)據(jù)都會執(zhí)行一次頂點(diǎn)著色器，當(dāng)然這是 并行 的，并且頂點(diǎn)著色器運(yùn)算過程中無法訪問其他頂點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

一般來說典型的需要計算的頂點(diǎn)屬性主要包括頂點(diǎn)坐標(biāo)變換、逐頂點(diǎn)光照運(yùn)算等等。頂點(diǎn)坐標(biāo)由自身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸一化坐標(biāo)系的運(yùn)算，就是在這里發(fā)生的。

片元著色器程序（FragmentShader）

一般用來處理圖形中每個像素點(diǎn)顏色計算和填充

片段著色器是OpenGL中用于計算片段（像素）顏色的程序。片段著色器是逐像素運(yùn)算的程序，也就是說 每個像素都會執(zhí)行一次片段著色器 ，也是 并行 的。

頂點(diǎn) & 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)

頂點(diǎn)指的是我們在繪制一個圖形時它的頂點(diǎn)位置數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)可以直接存儲在數(shù)組中或者將其緩存到GPU內(nèi)存中。

畫圖一般是先畫好圖像的骨架，然后再往骨架里面填充顏色。頂點(diǎn)數(shù)據(jù)就是圖像的骨架，OpenGL中的圖像都是由圖元組成。在OpenGLES中，有3種類型的圖元：點(diǎn)、線、三角形。

頂點(diǎn)數(shù)組（VertexArray） & 頂點(diǎn)緩沖區(qū)（VertexBuffer）

開發(fā)者可以選擇設(shè)定函數(shù)指針，在調(diào)用繪制方法的時候，直接由內(nèi)存?zhèn)魅腠旤c(diǎn)數(shù)據(jù)，也就是說這部分?jǐn)?shù)據(jù)之前是存儲在 內(nèi)存 當(dāng)中的，被稱為 頂點(diǎn)數(shù)組 。而性能更高的做法是，提前分配一塊 顯存 ，將頂點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)先傳入到顯存當(dāng)中。這部分的顯存，就被稱為 頂點(diǎn)緩沖區(qū) 。

光柵化（Rasterization）

是把 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為片元的過程 ，將圖轉(zhuǎn)化為一個個柵格組成的圖象。把物體的數(shù)學(xué)描述以及與物體相關(guān)的顏色信息轉(zhuǎn)換為屏幕上用于對應(yīng)位置的像素及用于填充像素的顏色。

光柵化包含了兩部分的工作。第一：決定窗口坐標(biāo)中的哪些整型柵格區(qū)域被基本圖元占用；第二：分配一個顏色值和一個深度值到各個區(qū)域。

紋理

可以理解為圖片。

圖片加載的工作流程

UIImage *image = [UIImage imageWithContentsOfFile:@"filePath"];

從磁盤中加載一張圖片，這個時候的圖片并沒有解壓縮；

imageView.image = image;

然后將生成的 UIImage 賦值給 UIImageView ，這一步確認(rèn)顯示圖片，CPU 才開始解碼；

接著一個隱式的 CATransaction 捕獲到了 UIImageView 圖層樹的變化；

在主線程的下一個 runloop 到來時，Core Animation 提交了這個隱式的 transaction ，這個過程可能會對圖片進(jìn)行 copy 操作。

受圖片是否字節(jié)對齊等因素的影響，這個 copy 操作可能會涉及以下部分或全部步驟：

  1. 分配內(nèi)存緩沖區(qū)用于管理文件 IO 和解壓縮操作。

  2. 將文件數(shù)據(jù)從磁盤讀到內(nèi)存中。

  3. 將壓縮的圖片數(shù)據(jù)解碼成未壓縮的 位圖 形式。

  4. 最后 Core Animation 中 CALayer 使用未壓縮的位圖數(shù)據(jù)渲染 UIImageView 的圖層。

  5. CPU 計算好圖片的Frame，圖片解壓 后就會交給 GPU 來做圖片渲染。

解壓縮

  1. 解壓默認(rèn)是在 主線程 中執(zhí)行的。

  2. 圖片的解壓縮是一個非常耗時的 CPU 操作，所以只有在 確認(rèn)要顯示時，CPU 才會對其進(jìn)行解壓縮。

  3. 解壓過的圖片會緩存起來，不會重復(fù)解壓。

  4. 在子線程提前對圖片進(jìn)行強(qiáng)制解壓縮，而強(qiáng)制解壓縮的原理就是對圖片進(jìn)行重新繪制，得到一張新的解壓縮后的位圖。其中，用到的最核心的函數(shù)是 CGBitmapContextCreate。

CPU / GPU渲染過程中具體分工

CPU: 計算視圖 frame，圖片解碼，需要繪制紋理圖片通過數(shù)據(jù)總線交給 GPU

GPU: 紋理混合，頂點(diǎn)變換與計算，像素點(diǎn)的填充計算，渲染到幀緩沖區(qū)。

時鐘信號： 垂直同步信號V-Sync / 水平同步信號H-Sync。

iOS設(shè)備雙緩沖機(jī)制： 顯示系統(tǒng)通常會引入兩個幀緩沖區(qū)，是 CPU 與 GPU 協(xié)作完成的

渲染流程

  1. GPU 獲取獲取圖片的坐標(biāo)

  2. 將坐標(biāo)交給 頂點(diǎn)著色器 (頂點(diǎn)計算)

  3. 將圖片 光柵化 (獲取圖片對應(yīng)屏幕上的像素點(diǎn))

  4. 片元著色器 計算 (計算每個像素點(diǎn)的最終顯示的顏色值)

  5. 從幀緩存區(qū)中渲染到屏幕上

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