Cocos2d-x Auto-batching 浅浅的”深入分析”

笨木头  2014-05-31 8:53   Cocos2d-x,Cocos2d-x3.0   阅读(10,569)   13条评论

 

近两天都在折腾Auto-batching这东西,比较曲折,总结一句话就是:爱折(腾)才会赢。

 

看了很久的文档,以及跟踪了很久的源码,对于Auto-batching这实现的流程总算是有点眉目了。

 

=========== 以下是回忆,是我对Auto-batching产生疑惑的过程,可以忽略不看=========

这得从昨天说起(小若:我们不是来听故事的!),我在更改之前SpriteBatchNode的教程,由于Cocos2d-x3.0新增了Auto-batching,于是就不得不把它也加进去。

这一加,不对劲,越写越发现自己对Auto-batching的理解有误,在我的脑海中,只要精灵是使用同一个纹理、没有更改blendFunc、没有更改shader,那么就满足Auto-batching,会自动将这些精灵加入到同一个渲染批次里,优化渲染速度。

 

可我才刚准备写一个例子,却发现,不对!没有自动批处理。我当时做了这样一个实验,代码如下:


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/* 创建很多很多个精灵 */
    for(inti = 0; i < 14100; i++)
    {
        Sprite* xiaoruo = Sprite::create("sprite0.png");
        xiaoruo->setPosition(Point(CCRANDOM_0_1() * 480, 120 + CCRANDOM_0_1() * 300));
        this->addChild(xiaoruo);
 
        xiaoruo = Sprite::create("sprite1.png");
        xiaoruo->setPosition(Point(CCRANDOM_0_1() * 480, 120 + CCRANDOM_0_1() * 300));
        this->addChild(xiaoruo);
    }

我创建了两组精灵,分别使用sprite0.png和sprite1.png图片,每组14100个(小若:为什么非得是14100,为什么不能是14000?你让我们这些强迫症的人怎么办?!)

按照我对Auto-batching的误解,这两组精灵应该各自都能满足,都能分别作为一组批处理进行渲染。然而,运行结果如下:

41_173442_fe2008ed26661ba

 

 

GL calls(渲染批次)竟然是16425次?这和想象中的完全不一样,不是应该是个位数么?

这颠覆了我对Auto-batching的理解,于是,我又做了一些实验,发现了一些谬论,但结果是好的,因为我知道,我对Auto-batching的理解一直都是错的。

关于我做的那几个实现,大家可以看看这个帖子:Cocos2d-x3.0 Auto-batching 三个小实验

 

由于是使用Windows平台做测试的,然后我的电脑配置比较高(小若:这是在炫耀的意思么?敢亮出你的配置吗?),所以帧率不能作为参考。

 

还因此劳师动众地到论坛发了这个帖子,真是有点对不起大家,是我不够严谨,对我而言,这可是大忌T_T..

 

总之,那个帖子得出的疑问是:为什么不连续创建的精灵(相同纹理、相同混合函数、没有对shader做什么处理)不能满足Auto-batching的要求?

 

一定是我对Auto-batching产生了误解,它应该还有一些我不知道的限制。

好,既然知道我对Auto-batching产生了误解了,我当然就要再一次去看官方文档了,首先是中文文档:

https://github.com/chukong/cocos-docs/blob/master/manual/framework/native/v3/auto-batching/zh.md

反复看了好几次,不行,完全找不到能对这个问题有帮助的内容,但是我找不到英文文档。

终于还是找到了,要翻墙才能看到(好可怜,咱们国内的引擎,要翻墙看文档T_T),标题是《Cocos2d (v.3.0) rendering pipeline roadmap》:

https://docs.google.com/document/d/17zjC55vbP_PYTftTZEuvqXuMb9PbYNxRFu0EGTULPK8/edit#heading=h.dii2kgdfqgcp

 

我英语可好了,所以我是开着有道词典看的(这是给有道打广告的意思么?),看了好久,总算弄明白这个问题了。

简单地说,要绘制的精灵(应该说是Node)先存放到队列里,然后由专门的渲染逻辑来渲染。对于队列中的精灵,一个个取出来(其实存取的不是精灵,这里先简单这么理解),发现材质一样的话(相同纹理、相同混合函数、相同shader),就放到一个批次里,如果发现不同的材质,则开始绘制之前连续的那些精灵(都在一个批次里)。然后继续取,继续判断材质。

如果相同材质的精灵,中间间隔了不同材质的精灵,那也没法在同一个批次里渲染。

这就是那个问题的答案:为什么不连续创建的精灵(相同纹理、相同混合函数、相同shader)不能满足Auto-batching的要求,因为只要中间有不同材质的渲染对象,就会中断,会先把之前连续的相同材质的对象进行批渲染。

======================== 以上是回忆,回忆结束========================

 

好了,上面是回忆的过程,并且已经有了大致的结论,现在正式来用代码解释。

 

笨木头花心贡献,啥?花心?不呢,是用心~

转载请注明,原文地址:  http://www.benmutou.com/archives/1006

文章来源:笨木头与游戏开发

 

渲染流程

现在,一个渲染流程是这样的:

(1)drawScene开始绘制场景

(2)遍历场景的子节点,调用visit函数,递归遍历子节点的子节点,以及子节点的子节点的子节点,以及…
(小若:够了!给我停!)

(3)对每一个子节点调用draw函数

(4)初始化QuadCommand对象,这就是渲染命令,会丢到渲染队列里

(5)丢完QuadCommand就完事了,接着就交给渲染逻辑处理了。

(7)是时候轮到渲染逻辑干活干活,遍历渲染命令队列,这时候会有一个变量,用来保存渲染命令里的材质ID,遍历过程中就拿当前渲染命令的材质ID和上一个的材质ID对比,如果发现是一样的,那就不进行渲染,保存一下所需的信息,继续下一个遍历。好,如果这时候发现当前材质ID和上一个材质ID不一样,那就开始渲染,这就算是一个渲染批次了。

看官方的一张图就完全明白了:

(8) 因此,如果我们创建了10个材质相同的对象,但是中间夹杂了一个不同材质的对象,假设它们的渲染命令在队列里的顺序是这样的:2个A,3个A,1个B,1个A,2个A,2个A。那么前面5个相同材质的对象A会进行一次渲染,中间的一个不同材质对象B进行一次渲染,后面的5个相同材质的对象A又进行一次渲染。一共会进行三次批渲染。

(小若:突然发现,第6条哪去了啊?被你吃了吗)

 

这么一说,太含糊了,我们再来一次,用代码来罗列。

 

1. drawScene开始绘制场景

首先是开始,简单点,看代码:


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void DisplayLinkDirector::mainLoop()
{
    if (_purgeDirectorInNextLoop)
    {
        _purgeDirectorInNextLoop = false;
        purgeDirector();
    }
    else if (! _invalid)
    {
        drawScene();
     
        // release the objects
        PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->clear();
    }
}

调用drawScene函数,开始绘制场景

 

2.遍历场景的子节点

接下来,drawScene函数里有一小段代码(我就不贴全部了,多吓人):


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if (_runningScene)
    {
        _runningScene->visit(_renderer, identity, false);
        _eventDispatcher->dispatchEvent(_eventAfterVisit);
    }

没错,调用visit函数遍历场景的所有子节点(包括子节点的子节点,一直递归),然后做一些操作。

 

3.对每一个子节点调用draw函数

当然,我们最终关心的是,调用这些子节点的draw函数。


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void Sprite::draw(Renderer *renderer, const kmMat4 &transform, bool transformUpdated)
{
    // Don't do calculate the culling if the transform was not updated
    _insideBounds = transformUpdated ? isInsideBounds() : _insideBounds;

    if(_insideBounds)
    {
        _quadCommand.init(_globalZOrder, _texture->getName(), _shaderProgram, _blendFunc, &_quad, 1, transform);
        renderer->addCommand(&_quadCommand);
    }
}

我删掉了一些吓人的代码。

 

4.初始化QuadCommand对象,这就是渲染命令

上面的代码就是重点了,初始化_quadCommand对象,这就是QuadCommand,渲染命令。

 

其实渲染命令不仅仅只有QuadCommand,还有其他的,比如CustomCommand,自定义渲染命令,顾名思义,就是我们用户自己定制的命令,由于我没有使用过,就不介绍了。

然后,接着就调用addCommand函数将渲染命令加入队列。

 

这里有一点,也很重要,由于渲染命令有好几种,所以addCommand的时候,其实是会根据不同的命令类型把渲染命令添加到不同的队列。本文只想针对QuadCommand,所以就忽略这一点,假设我们的所有命令都是QuadCommand。

 

5.丢完QuadCommand就完事了

draw函数执行完,就轮到渲染逻辑干活了。

 

6.开始渲染

轮到渲染逻辑干活了,之前介绍了,渲染命令有好几种,如果我没有理解错误的话,只有QuadCommand才能参与自动批处理,因此,这里会对渲染命令进行筛选,发现是QuadCommand类型的命令就保存到一个队列里。如代码:


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if(commandType == RenderCommand::Type::QUAD_COMMAND)
                {
                    auto cmd = static_cast<QuadCommand*>(command);
                    _batchedQuadCommands.push_back(cmd);
                                    }
                else if(commandType == RenderCommand::Type::CUSTOM_COMMAND)
                {}
                else if(commandType == RenderCommand::Type::BATCH_COMMAND)
                {}
                else if(commandType == RenderCommand::Type::GROUP_COMMAND)
                {}
                else
                {}

为了避免大家睡着了,我把很多重要的代码删了,我们只要关注_batchedQuadCommands.push_back(cmd);。_batchedQuadCommands就是QuadCommand命令队列了。

 

接着,调用drawBatchedQuads函数遍历QuadCommand命令队列:


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for(const auto& cmd : _batchedQuadCommands)
    {
        if(_lastMaterialID != cmd->getMaterialID())
        {
            //Draw quads
            if(quadsToDraw > 0)
            {
                glDrawElements(GL_TRIANGLES, (GLsizei) quadsToDraw*6, GL_UNSIGNED_SHORT, (GLvoid*) (startQuad*6*sizeof(_indices[0])) );
                _drawnBatches++;
                _drawnVertices += quadsToDraw*6;

                startQuad += quadsToDraw;
                quadsToDraw = 0;
            }

            //Use new material
            cmd->useMaterial();
            _lastMaterialID = cmd->getMaterialID();
        }

        quadsToDraw += cmd->getQuadCount();
    }

又为了避免大家睡着了,我删了很多重要的代码。(小若:我说,重要的代码随便删除真的好吗?)

大家睁大耳朵鼻子什么的看看,_lastMaterialID是重点,当发现当前遍历的渲染命令的材质ID和_lastMaterialID不一样时,就会开始进行渲染,然后记录新的材质ID,继续遍历。

这就是我们所说的,只有连续的相同材质ID的对象才会被放到同一个批次里进行渲染,如果不连续,那么材质ID再怎么相同也没有办法了。

对了,_drawnBatches变量就是我们左下角经常看到的GL calls的数字了~

 

7. 为什么必须要相同纹理、相同混合函数、相同shader?

要满足Auto-batching,就必须有这三个条件,这是为什么呢?

我们回到之前的代码,在调用节点的draw函数时,调用了QuadCommand的init函数:


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_quadCommand.init(_globalZOrder, _texture->getName(), _shaderProgram, _blendFunc, &_quad, 1, transform);

这个init函数就是关键:


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void QuadCommand::init(float globalOrder, GLuint textureID, GLProgram* shader, BlendFunc blendType, V3F_C4B_T2F_Quad* quad, ssize_t quadCount, const kmMat4 &mv)
{
    _globalOrder = globalOrder;
    _textureID = textureID;
    _blendType = blendType;
    _shader = shader;

    _quadsCount = quadCount;
    _quads = quad;

    _mv = mv;
   
    _dirty = true;

    generateMaterialID();
}

init函数里最后调用了generateMaterialID函数,这个函数就是关键。(小若:够了你,什么都是关键,关键个毛线啊)


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void QuadCommand::generateMaterialID()
{
    if (_dirty)
    {
        //Generate Material ID
       
        //TODO fix blend id generation
        int blendID = 0;
        if(_blendType == BlendFunc::DISABLE)
        {
            blendID = 0;
        }
        else if(_blendType == BlendFunc::ALPHA_PREMULTIPLIED)
        {
            blendID = 1;
        }
        else if(_blendType == BlendFunc::ALPHA_NON_PREMULTIPLIED)
        {
            blendID = 2;
        }
        else if(_blendType == BlendFunc::ADDITIVE)
        {
            blendID = 3;
        }
        else
        {
            blendID = 4;
        }
       
        // convert program id, texture id and blend id into byte array
        char byteArray[12];
        convertIntToByteArray(_shader->getProgram(), byteArray);
        convertIntToByteArray(blendID, byteArray + 4);
        convertIntToByteArray(_textureID, byteArray + 8);
       
        _materialID = XXH32(byteArray, 12, 0);
       
        _dirty = false;
    }
}

看到没?~我们的材质ID(_materialID)最终是要由shader(_shader->getProgram())、混合函数ID(blendID)、纹理ID(_textureID)组成的啊喂!所以这三样东西如果有谁不一样的话,那就无法生成相同的材质ID,也就无法在同一个批次里进行渲染了。

_blendType就是我们的BlendFunc混合函数,注意一下,这里所说的相同的混合函数,并不是指要完全相同的值,
其实只是相同类型,看看if else的那几个判断就知道了,最后需要的只是blendID这个值。

当然,至于为什么要这样生成材质ID,我就没有去深究了,我只是个写游戏的,引擎底层,还是交给Cocos2d-x团队的人吧(邪恶)。

 

8. 怎样才能让相同材质的对象的渲染命令连续排列?

不连续的渲染命令,即使材质ID相同也没有用,那,我们应该怎么让这些家伙连续起来呢?

 

这个问题好办,还记得场景绘制的时候会遍历所有子节点吧?

在遍历子节点之前,其实还偷偷做了一件事情,那就是,调用sortAllChildren();函数对子节点进行排序,对比的规则是:


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bool nodeComparisonLess(Node* n1, Node* n2)
{
    return( n1->getLocalZOrder() < n2->getLocalZOrder() ||
           ( n1->getLocalZOrder() == n2->getLocalZOrder() && n1->getOrderOfArrival() < n2->getOrderOfArrival() )
);

好吧,我们不要管代码了(小若:那你还贴个毛线啊,很吓人的好不好)

总之,排序的规则是按照子节点的localZOrder和orderOfArrival进行的,orderOfArrival是用于localZOrder相同的情况下,进一步区分渲染顺序的(就是谁在上面谁在下面,额,请不要想歪)。

那么,我们只要调整节点的zOrder就能改变节点的遍历顺序,于是,节点的QuadCommand添加顺序也就被改变了。

 

但是,注意,但是来了,除了场景子节点会进行排序之外,在渲染逻辑里,渲染命令队列也会进行一次排序:


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void Renderer::render()
{

    if (_glViewAssigned)
    {
        //1. Sort render commands based on ID
        for (auto &renderqueue : _renderGroups)
        {
            renderqueue.sort();
        }
    }

当然,我删了很多重要的代码renderqueue是RenderQueue对象,就是用于保存渲染命令的队列,它的sort函数是这样的:


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void RenderQueue::sort()
{
    // Don't sort _queue0, it already comes sorted
    std::sort(std::begin(_queueNegZ), std::end(_queueNegZ), compareRenderCommand);
    std::sort(std::begin(_queuePosZ), std::end(_queuePosZ), compareRenderCommand);
}

bool compareRenderCommand(RenderCommand* a, RenderCommand* b)
{
    return a->getGlobalOrder() < b->getGlobalOrder();
}
没错,渲染队列会根据节点的globalOrder再一次进行排序,默认的globalOrder当然是0了,也就是排不排序结果都一样。 这涉及到localZOrder和globalOrder的概念,这就帮star特做个广告吧,看看他的帖子: Cocos2dx 3.0 过渡篇(二十九)globalZOrder()与localZOrder() 

 

总之,结论就是,如果没有对节点的globalOrder进行设置,那就只需要调整节点的localZOrder,便可以实现对渲染命令的排序顺序进行控制。

来看下面的代码,一开始贴过的:


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/* 创建很多很多个精灵 */
    for(inti = 0; i < 14100; i++)
    {
        Sprite* xiaoruo = Sprite::create("sprite0.png");
        xiaoruo->setPosition(Point(CCRANDOM_0_1() * 480, 120 + CCRANDOM_0_1() * 300));
        this->addChild(xiaoruo);
 
        xiaoruo = Sprite::create("sprite1.png");
        xiaoruo->setPosition(Point(CCRANDOM_0_1() * 480, 120 + CCRANDOM_0_1() * 300));
        this->addChild(xiaoruo);
    }

这样创建的精灵肯定就没法连续了,因为sprite0.png的精灵和sprite1.png的精灵是不断间隔着创建的,没有连续。而且它们默认的localZOrder都是0,所以排序不起效。

 

那么,稍微改改就好了,如下:


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/* 创建很多很多个精灵 */
    for(inti = 0; i < 14100; i++)
    {
        Sprite* xiaoruo = Sprite::create("sprite0.png");
        xiaoruo->setPosition(Point(CCRANDOM_0_1() * 480, 120 + CCRANDOM_0_1() * 300));
        this->addChild(xiaoruo, 1);
 
        xiaoruo = Sprite::create("sprite1.png");
        xiaoruo->setPosition(Point(CCRANDOM_0_1() * 480, 120 + CCRANDOM_0_1() * 300));
        this->addChild(xiaoruo, 2);
    }

只是给精灵分别指定了localZOrder值,这样在排序的时候sprite0.png的精灵就会在一起,同样,sprite1.png的精灵也会在一起。

运行结果,来一个很壮观的截图:

图片1

 

渲染批次是5,等等!为什么是5?为什么不是2?

 

9. 渲染队列存储上限

继续回答刚刚的问题,图中的渲染批次是5,为什么是5?为什么不是2?

首先,即使我一个精灵也不创建,渲染批次也至少是1。

那么,我创建了两组材质ID相同的精灵,理论上GL calls应该是3,为什么是5?

 

这个也很简单,因为渲染队列最大只存放10922个渲染命令,注意,是“只存放”而不是“只能存放”,这个只是在代码里做的限制。

当渲染队列(指的是Render类的成员变量:std::vector<QuadCommand*> _batchedQuadCommands; ,之前有讲到)存放的渲染命令大于10922时,就会自动进行一次渲染操作,

把队列里的渲染命令处理掉。

 

因此,我创建了2组精灵,每组14100个,已经超过了10922的范围,所以,即使这2组精灵各自都是相同的材质,但也不得不被分成2次进行渲染,于是,这2组精灵共进行了4次渲染操作。

再加上GL calls默认就有1(为什么默认会有一次,我就没有去研究了),那么,就是5次了。

 

话又说回来了,谁家的游戏那么夸张,要创建28200个精灵啊!这样那些跑分8000左右的手机怎么办啊,我在自己手机里试过了,帧率是60!没错,是60,已经太慢了无法正确计算了。因为每一帧的渲染消耗的时间是2秒多!

一帧就消耗2秒多,太刺激了。

嗯,跑题了。

 

结束语

好了,关于Auto-batching的探索之旅总算是结束了。

我对OpenGL的东西还真不太懂,所以,有可能在研究代码的时候有一些东西被我忽略了,或者误解了,如果文章有错误的地方,那…你来打我啊(别,开玩笑的)。

 

PS:好了,因为今天上午还要出门,就刻意提前了5分钟起床整理这篇文章了,足足整理了1个多小时了。(小若:那你早起5分钟的意义是什么啊!)

 

 

PS(2014.06.18):

今天偶然发现我这篇文章的部分内容被放到官方文档里了,有种受宠若惊的感觉~

但很奇怪的是,文档里竟然没有注明出处,这个…就没关系了。

为了避免以后大家反过来,以为我这篇文章是摘录了官方文档,特此说明。

文档地址:

https://github.com/chukong/cocos-docs/blob/master/manual/framework/native/v3/auto-batching/zh.md#rd

http://cn.cocos2d-x.org/tutorial/show?id=784

 

13 评论

  1. Pingback: java update
  2. Pingback: Vanessa Smith
  3. 能不能这样子理解:比如现在要渲染一批sprite,先判断GloalZOrder值,如果设置了按照GloalZOrder顺序进行渲染,如果没有设置(即GloalZOrder为0),就根据创建LoaclZorder顺序进行渲染,再来如果没有设置LocalZorder(即LocalZorder为0),就根据创建的顺序进行渲染,然后再这些顺序基础上进行渲染批次的划分,比如说纹理一样且连续创建的前提下,GloalZOrder值和LocalZorder为都为0的为一个批次,GlobalZorder值和LocalZorder值不为0但一样的为一个批次,GloalZOrder值和LocalZorder都不为0只要有一个不一样的就不是同一个批次

  4. 木头兄 有时间写篇 屏幕适配 的相关文章嘞,这两天被这个问题卡住了,网上其它文章看的一头雾水,只有你写的文章比较通俗易懂。

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