002 --- 帧缓存区 光栅化 图形撕裂 CoreAnimat

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何为帧缓冲区

• 帧缓存区

(Frame buffer）帧缓冲区的每个单元对应的就是屏幕上的一个个像素.

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对片元的处理就是在利用并修改缓冲区的数据

1. 帧缓冲区存储视口中的每个像素的信息
2. 并且与视口像素一一对应
3. 常用单位刷新率：FPS （Frame per second），以每秒钟绘制几屏为标准

显示器分类

• 随机扫描显示器（Random-Scan Display）

也称向量显示器，它像一个电子枪在画图

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• 光栅扫描显示器

光栅扫描显示器（Raster-Scan Display），它不会控制电子枪，只会一行一行的扫描，每扫描一行都会去缓冲区中查询像素值，然后进行填充

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视觉暂留，每扫描的一屏称为一帧（frame）

帧缓存区

1. 像素的颜色都存储在一块缓冲区中
2. 需要不断重复绘制，即不断刷新屏幕
3. 光栅扫描需要至少每秒扫描60帧，来保证荧光粉或者液晶的视觉暂留，每扫描的一屏称为一帧（frame）

颜色缓冲区

帧缓冲区分为多种类型，它存在于显存中:

• 颜色缓冲区（Color buffer）
• 深度缓冲区（Depth buffer）
• 模板缓冲区（Stencil buffer）
• 累计缓冲区（Accumulation buffer）-- 已经废除
• 自定义的缓冲区

颜色缓冲区中存储的就是颜色，其所占的空间与分辨率以及颜色分量有关，例如下面的条件:

• 分辨率（Resolution）为：1024 * 768
• 像素颜色：采用 RGB 三个分量来表示颜色，每个颜色分量采用 8bit 来表示

则需要占据空间是
1024×768×3=2.25m1024×768×3=2.25m字节

• 清除缓冲区

在画图之前需要清除当前缓冲区，也就是画图之前需要铺一张白纸，在OpenGL中有以下函数

// 1、清除颜色缓存
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);//定义清除颜色缓冲区需要用什么颜色来清除
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);       // 清除颜色缓存传递参数

// 2、清除深度缓存
glCLearDepth(1.0);          // 定义用1.0来清除深度缓存，1.0是最大深度
glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);// 清除深度缓存传递参数

// 3、同时清除颜色和深度缓存
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
glCLearDepth(1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 同时清除颜色和深度缓存

• 单缓冲与双缓冲

单缓冲机制就是直接向前置缓冲（Front buffer）绘制，然后立刻显示在显示器上:

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双缓冲机制在绘图之前先不向前置缓冲（Front buffer）中绘制，而是把数据存储在后置缓冲（Back buffer 此buffer和屏幕没有连接）起到了一个过渡的作用，等Front buffer绘制完成之后，后再把Back buffer 中的数据 Copy 到 Front Buffer 中，然后再显示在显示器上:

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双缓冲可以避免屏幕的闪烁

参考

OPENGL - 帧缓冲区了解

图像撕裂问题好解决方法

• 图像的显示

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图像 -> CPU将图片解码，交给GPU -> GPU进行图像的渲染 -> 存储到到帧缓存区 -> 视频控制器进行读取帧缓存区信息，并刷新部件(视频控制器只是负责帧缓存区与显示器的对应关系) -> 显示器逐行扫描显示。

• 撕裂产生原因

在视频控制器进行读取显示图像时，当当前这一帧的内容还未读取完成时，GPU将新的一帧内容提交到帧缓冲区并把两个帧缓冲区进行更新后，视频控制器就会把新的一帧数据的下半段显示到屏幕上，造成画面撕裂的现象。

既撕裂就是在于显卡输出帧的速度比显示器快，显示器的处理速度跟不上显卡，在显示器处理显卡丢过来的第1帧的时候，第2帧就又到了，导致同一个画面同时出现1、2两帧，撕裂就产生了。

• 解决方案

1. 苹果方案:垂直同步又称场同步（Vertical synchronization） + 双缓冲区

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垂直同步就是加锁，在当前读取的帧数据结束之前，不会读取下一帧的数据。
双缓冲区是在帧缓存区中开辟两个缓冲区，一个缓冲区通过视频控制器进行当前帧数据的读取显示，另一个缓冲区进行接收下一帧GPU渲染的图像。两个缓冲区都执行结束，然后再交换缓冲区。

• 弊端

使用以上两个解决方案后，图像撕裂问题解决了，但是有引发了一个新问题掉帧/卡顿。
GPU等待VSynv信号的到来,进行新一轮渲染和缓存区更新,如果下一个垂直同步信号到来,没有完成渲染,就会发生掉帧(卡顿),原因,cpu或者gpu任务繁重.看到还是上一秒内容.

2. 三缓存区

• 三重缓冲在双重缓冲的基础上再加入了一个帧缓冲区，组成了一个前缓冲区，两个后缓冲区的规格。程序来回向两个后缓冲区写入图像，每次显示器刷新时，前缓冲区就和最近完成写入的那个后缓冲区交换。可以看到，即便有一个缓冲区要受到红绿灯的管控，另外两个缓冲区还是可以来回写入图像，于是就不需要人为增加画面延迟了。
• 弊端: 也能出现卡顿,掉帧