Advanced Graphics and Animations

2020-11-05  本文已影响0人  康小曹

主题：

  1. Core Animation pipeline
  2. 动画
  3. 渲染相关概念
  4. UIBlurEffect and UIVibrancyEffect
  5. Profiling Tools and demon

一、Core Animation pipeline

app 直接使用 core Animation 或者通过 UIKit 间接使用 core Animation 来创建图层；

app 进程不为 Core Animation 提供渲染工作，Core Animation 会将所有的图层提交到 render server 来完成渲染工作。

render server

  1. 独立的进程；
  2. 具有一个 Core Animatio 对应的服务端版本，专门接收 Core Animation 提交的图层；
  3. 使用 GPU进行渲染，硬件加速；
  4. 对应框架为 OpenGL 或者 metal 框架进行渲染，

硬件加速即指 GPU 渲染。因为一般而言，CPU 虽然也是硬件，但是工作内容大部分是面向软件层面，需要处理很多中断指令。相对而言，GPU 工作内容是纯计算，其设计上也是为了高并发和高效率的计算，所以 GPU 渲染一般称为硬件加速，使用 CPU 渲染则效率相对低下；

大概流程

app：

  1. 用户通过操作 app 触发事件；
  2. 事务提交到 render server(具体分为4步，见后文)；

render server/GPU

  1. 解码图层；
  2. 等待下一帧开始的信号。iOS 上是双缓冲机制，所以这个信号表示上一个 buffer 已经扫描展示，显示器已经切换到了另一个 buffer。当下，需要绘制新的位图并更新到上一帧所在的 buffer 上；
  3. 调用 openGL 或者 metal 函数，利用 GPU 进行绘制渲染；

  4. 将绘制完成的位图存储到 buffer 中，等待显示器扫描展示，这个步骤和上个步骤如果未在 16.67ms 内完成，则会造成卡顿；


    coreAnimation pipline

commit transaction

1. layout

两个关键方法：layoutSubviews 和 addSubview；这一步中，view 被创建，layer 被创建并被添加到视图树中；这一步中，可以做一些轻量的数据库操作，比如 label 的布局需要字符串；

这一步发生在 CPU，一般都是 CPU 操作或者 I/O 操作(外存)；

2. display

关键方法：drawRect；如果这个方法被重写了，那么就会调用 Core Graphic 来利用 CPU 进行绘制。

因为此时的绘制时不可见的，所以这里使用的 CPU 在内存中进行位图的绘制；这里严格来说，可以说成是离屏渲染，因为不是直接绘制在 buffer 上的。

GPU 的绘制一般都是直接绘制在 buffer 上，GPU 的离屏渲染大概是开辟一块内存进行渲染操作，最后将两块内存混合，在两块内存之间进行切换会消耗性能。 Apple 对于离屏渲染的界定其实就是 GPU 离屏渲染，所以 CG 相关的绘制函数不被认定为时离屏渲染；

这一步一般是 CPU 操作或者 memory(内存) 操作，因为是使用 CPU 绘制位图，需要使用到内存，而不是本地化存取；

这一步是适用 CPU 渲染，所以应当尽量避免过多或者范围过大的绘制，最好直接使用 layer，因为 Layer 实际就是一个指向 bitmap 的指针，而且 layer 是通过 core Animation 实现，而不是 core Graphic，其会尽可能将渲染操作提交到 GPU 上执行，这也就是 Apple 所说的硬件加速；

上面已经解释，但是再啰嗦几句。硬件软件只是一种说法，CPU 处理的事物更多的是来自软件，所以常说 CPU 面向的是软件层面，而 GPU 的操作基本都是全量利用 GPU 的计算能力来进行渲染，不会处理各种中断、if 判断等，所以常说 GPU 面向硬件。

3. prepare

这一步主要是对图层中所包含的图片进行解码和转换。

解码就是我们常说的将图片解码成 bitmap 格式存储在内存中。bitmap 的大小是否和原图相同，取决于图片的格式，也就是压缩方式，PNG 是保真类型的图片，压缩之后的图片存储大小会变现，但是在这一步，会被加载到内存，解码之后的 bitmap 和原图大小一致；JPEG 则是对 bitmap 中相邻的点进行了裁剪等操作，压缩之后不仅存储大小变小，被加载到内存中，还原成 bitmap 之后，因为原图的信息部分丢失，所以解码之后的 bitmap 大小会比原 bitmap 要小；

iOS 的 GPU 支持 JPEG 和 PNG，其他格式需要进行转换；

4. package up

关键词：recursive

递归图层树，打包所有 layer 信息，传递给 render server；

正因为要递归 layer tree，所以布局时尽量减少视图层级(as flat as possible)能够保证这一步尽量的高效快速；

animation

animation

步骤和图层绘制一样，唯一不同的是在 commit 阶段，不仅提交图层，还提交了动画。这样在动画执行过程中，render server 按照既定的流程执行动画，不需要在进程之间进行通信了。这也是 core Animation 动画高效的原因；

以下暂时没看到，暂略

渲染的几个概念

  1. tile based rendering is how all GPUs work
  2. introduce the concept of render passes
  3. doing a first example by showing you how masking works with render passes

UIBlurEffect 和 UIVibrancyEffect 原理

项目中的 toast 有用到，需要好好总结下；

instrument

这种使用的东西，比较不好说，要自己体会，略；

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