离屏渲染在车载导航中的应用
導(dǎo)讀
與手機導(dǎo)航不同，高德地圖的車機版（AMAP AUTO）直接面對各大車廠和眾多設(shè)備商。這些B端用戶采用的硬件參數(shù)參差不齊，提出的業(yè)務(wù)需求涉及到渲染中諸多復(fù)雜技術(shù)的應(yīng)用，這對渲染性能提出了極高的要求。
最初車機版沿用手機版的當(dāng)前屏渲染模式，每一幀都需要實時的將地圖元素渲染出來。但在業(yè)務(wù)實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)在多屏渲染和多視圖渲染場景下，CPU負(fù)載急劇增高。以鷹眼圖場景為例，在鷹眼圖場景下，地圖存在多視圖渲染的狀態(tài)：一張是主地圖，一張是鷹眼小地圖，因此渲染引擎同時渲染了兩個地圖實例對象，下圖右下角即為鷹眼圖：
鷹眼圖繪制后，平均幀率下降了2幀，如下圖所示：
針對上述情況，除了對渲染細(xì)節(jié)、批次和紋理等進(jìn)行常規(guī)優(yōu)化外，我們還需要尋找一種全局性的技術(shù)優(yōu)化手段，大幅度提升引擎的渲染性能。為此，我們深入地研究了離屏渲染技術(shù)，并結(jié)合導(dǎo)航業(yè)務(wù)，提出了一種基于離屏渲染技術(shù)對特定地圖的視圖進(jìn)行性能優(yōu)化的方法。
優(yōu)化原理
在OpenGL的渲染管線中，幾何數(shù)據(jù)和紋理通過一系列變換和測試，最終被渲染成屏幕上的二維像素。那些用于存儲顏色值和測試結(jié)果的二維數(shù)組被稱為幀緩沖區(qū)。當(dāng)我們創(chuàng)建了一個供OpenGL繪制用的窗體后，窗體系統(tǒng)會生成一個默認(rèn)的幀緩沖區(qū)，這個幀緩沖區(qū)完全由窗體系統(tǒng)管理，且僅用于將渲染后的圖像輸出到窗口的顯示區(qū)域。我們也可以使用在當(dāng)前屏幕緩沖區(qū)以外開辟一個緩沖區(qū)進(jìn)渲染操作。前者即為當(dāng)前屏渲染，后者為離屏渲染。
與當(dāng)前屏渲染相比，離屏渲染：
- 在變化的場景下，因為離屏渲染需要創(chuàng)建一個新的緩沖區(qū)，且需要多次切換上下文環(huán)境，所以代價很高；
- 在穩(wěn)定的場景下，離屏渲染可以采用一張紋理進(jìn)行渲染，所以性能較當(dāng)前屏渲染有較大提升。
從上述對比可以看出，在穩(wěn)定場景下使用離屏渲染的優(yōu)勢較大。但因為地圖狀態(tài)隨時都在變化，所以地圖渲染通常處于前臺動態(tài)渲染狀態(tài)。那么有沒有相對穩(wěn)定的場景呢？答案是肯定的，我們將地圖的狀態(tài)分為沉浸態(tài)和非沉浸態(tài)。顧名思義，在地圖處于變化狀態(tài)的稱為非沉浸態(tài)，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)稱為沉浸態(tài)。
進(jìn)入沉浸態(tài)的地圖，為我們使用離屏渲染提供了條件。經(jīng)過統(tǒng)計，地圖處于前臺狀態(tài)的場景下，沉浸態(tài)時間基本上和非沉浸態(tài)時間相當(dāng)，這樣我們采用一張紋理，即可將處于非沉浸態(tài)場景下的地圖渲染出來，大大降低了系統(tǒng)開銷。在鷹眼圖，矢量路口大圖等特定的視圖場景下，地圖基本上均處于沉浸態(tài)。所以這些視圖下采用離屏渲染技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，取得的收益將是巨大的。
工程實踐
將以上的技術(shù)優(yōu)化原理，代入到實際的導(dǎo)航應(yīng)用中，流程如下：
離屏渲染通常使用FBO實現(xiàn)。FBO就是Frame Buffer Object，它可以讓我們的渲染不渲染到屏幕上，而是渲染到離屏Buffer中。但是通常的離屏渲染FBO對象不具備抗鋸齒能力，因此開啟了全屏抗鋸齒能力的OpenGL應(yīng)用程序，如果采用離屏渲染FBO對象進(jìn)行離屏渲染，會出現(xiàn)鋸齒現(xiàn)象。而在非沉浸態(tài)地圖的狀態(tài)下，是開啟全屏抗鋸齒能力的，所以我們必須使用具備抗鋸齒能力的離屏渲染技術(shù)來進(jìn)行地圖渲染技術(shù)優(yōu)化。
抗鋸齒離屏渲染技術(shù)簡述
本節(jié)以iOS系統(tǒng)為例，對抗鋸齒能力的離屏渲染技術(shù)進(jìn)行簡述。iOS系統(tǒng)對OpenGL進(jìn)行了深度定制，其抗鋸齒能力就是建立在FBO基礎(chǔ)上的。如下圖所示，IOS基于對抗鋸齒的幀緩存（FBO）對象進(jìn)行操作，從而達(dá)到全屏抗鋸齒的目的：
接下來具體介紹抗鋸齒FBO的創(chuàng)建步驟：
- 創(chuàng)建FBO并綁定：
- 創(chuàng)建一個顏色幀緩沖區(qū)，在顯存中開辟一個具有抗鋸齒能力的對象，并將顏色緩沖區(qū)掛載到開辟的對象上。創(chuàng)建一個深度模版渲染緩沖區(qū)，開辟具有抗鋸齒能力的顯存空間，并和幀緩沖區(qū)進(jìn)行綁定：
- 測試創(chuàng)建的環(huán)境是否正確，避免如顯存空間不足等造成創(chuàng)建失敗的可能：
至此，一個具備抗鋸齒能力的離屏FBO已創(chuàng)建好，下面將應(yīng)用這個FBO，步驟如下：
- 先清除抗鋸齒幀緩存空間重的內(nèi)容：
- 開始進(jìn)行一系列的渲染函數(shù)操作，比如準(zhǔn)備頂點數(shù)據(jù)，紋理數(shù)據(jù)，VBO，IBO，矩陣，狀態(tài)等，并執(zhí)行一系列的渲染指令，選擇指定的shader，及其傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)；
- FBO不是一個具備直接渲染能力的幀緩存空間，在執(zhí)行完2的操作之后，需要將抗鋸齒的FBO內(nèi)渲染的內(nèi)容通過合并每個像素，轉(zhuǎn)換到屏幕渲染所在的幀緩存空間去。原理如下圖所示：
代碼如下：
glBindFramebuffer(GL_DRAW_FRAMEBUFFER_APPLE, resolveFrameBuffer); glResolveMultisampleFramebufferAPPLE(); glBindFramebuffer(GL_READ_FRAMEBUFFER_APPLE, sampleFramebuffer);- 以上操作完成后，需要進(jìn)行一些Discard步驟, 將一些原先在當(dāng)前幀緩存中的內(nèi)容忽略掉：
Android系統(tǒng)基本思路一致，需要采用gles3.0接口提供的抗鋸齒能力來進(jìn)行渲染，在此不做展開。
優(yōu)化對比
優(yōu)化前的鷹眼圖渲染耗時火焰圖如下：
優(yōu)化后的鷹眼圖渲染耗時火焰圖如下：
從前后對比圖可以看出，鷹眼圖渲染的耗時，幾乎已經(jīng)消失不見。
從系統(tǒng)的渲染幀率上進(jìn)一步得到驗證。從下圖可以看出幀率已經(jīng)恢復(fù)到與不顯示鷹眼圖的情況相當(dāng)：
需要注意的是，全屏抗鋸齒損耗資源，除了增加額外的顯存空間，抗鋸齒過程中也會產(chǎn)生一定的耗時。所以在取得收益的同時，也需要衡量其產(chǎn)生的代價，需要具體問題具體分析。在本案例中，如對比結(jié)果所示，采用抗鋸齒離屏渲染技術(shù)的優(yōu)化產(chǎn)生的收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于付出的代價。
原文鏈接
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的离屏渲染在车载导航中的应用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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