【分享】利用PostRender实现分层合批渲染(附 Demo 和引擎源码解读)

背景

在实现背包或者列表页时往往要去考虑合批渲染的问题,因为这两个场景的item往往较多。有时候一个item由多层渲染组件组成,父子节点之间还不能合批,这个时候要考虑通过分层合批的方式降低Draw Call。




在论坛里搜了一圈后,总结出目前常用的两种方式:

  1. 拆分无法合批的父子节点,将他们分别装入两个容器,每个容器内可以合批渲染。
    这种方法对业务改动较大,在原父节点的位置、透明度、active属性被修改时,要同步修改子节点属性使它们始终对齐。比较适合动效、交互较少的视图
  2. 修改引擎的RenderFlow,将多层节点自定义排序,修改它们的渲染顺序。
    通过自定义引擎实现,需要修改engine源码或在外部篡改RenderFlow实现


本文分享一种比较轻量级的分层合批实现,在不打散item结构、减少对引擎的侵入性修改的前提下,实现分层合批渲染。
先看效果:ScrollView中复制100个item,第一张图是默认渲染,DC在500左右。第二张图是分层渲染,DC为8。

效果



item的层次结构如下,background层、头像+星星层、Label层分别使用了不同的材质,所以彼此之间会断合批。


最终效果中的8 draw call包括:scene背景占1个,ScrollView mask占3个,item 3层结构占3个,合批渲染组件自己占1个。

理解RenderFlow

RenderFlow是一个函数链表。一个节点要被渲染前,会根据它的renderFlag挑选出它需要的几个函数组成链表,之后引擎会逐个调用这个链表上的函数。


从下面代码中可以看到,renderFlag对应哪些函数。注释中已经标出这些函数和 Assembler之间的密切关系。
代码位置:https://github.com/cocos-creator/engine/blob/master/cocos2d/core/renderer/render-flow.js

function createFlow (flag, next) {
    // 根据当前flag (renderFlag中的一位) 创建一个新的flow节点作为链表头
    // 外部调用时入参next是原flow,追加到新链表头后面
    let flow = new RenderFlow();
    flow._next = next || EMPTY_FLOW;

    switch (flag) {
        case DONOTHING: 
            flow._func = flow._doNothing;
            break;
        case BREAK_FLOW:
            flow._func = flow._doNothing;
            break;
        case LOCAL_TRANSFORM: 
            flow._func = flow._localTransform;
            break;
        case WORLD_TRANSFORM: 
            flow._func = flow._worldTransform;
            break;
        case OPACITY:
            flow._func = flow._opacity;
            break;
        case COLOR:
            // 间接调用Assembler.updateColor()
            flow._func = flow._color;
            break;
        case UPDATE_RENDER_DATA:
            // 间接调用Assembler.updateRenderData()
            flow._func = flow._updateRenderData;
            break;
        case RENDER: 
            // RenderComponent._checkBatch()
            // Assembler.FillBuffers()
            flow._func = flow._render;
            break;
        case CHILDREN: 
            // 遍历子节点。子节点的透明度、世界坐标受父节点的相关属性影响
            flow._func = flow._children;
            break;
        case POST_RENDER: 
            // 间接调用Assembler.postFillBuffers()
            flow._func = flow._postRender;
            break;
    }

    return flow;
}

// flag中的每一位都创建一个RenderFlow节点,返回最终的链表头
function getFlow (flag) {
    let flow = null;
    let tFlag = FINAL;
    while (tFlag > 0) {
        if (tFlag & flag)
            flow = createFlow(tFlag, flow);
        tFlag = tFlag >> 1;
    }
    return flow;
}

观察调用堆栈可以看出各个函数的执行顺序

RenderFlow和合批的关系

RenderFlow中有 RENDER函数,这个函数会调用 RenderComponent._checkBatch(),此处会检查当前节点和上一个节点是否能够合批,如果无法合批,那么此处会打断合批一次。


RenderFlow中有 CHILDREN函数,这个函数里会遍历当前节点的子节点,这一过程递归进行,相当于对层级树进行了 深度优先遍历。由于父子节点之间无法合批,所以深度优先遍历会频繁打断合批。如果能将 RENDER函数按 广度优先遍历执行就可以减少合批被打断次数。


修改节点的遍历顺序,会产生潜在的问题。节点被遍历到时,会修改全局变量的值,退出遍历时,会将值重置回去。例如下面是RenderFlow中 WORLD_TRANSFORM函数内容。

_proto._worldTransform = function (node) {
    // 设置“全局”状态
    _batcher.worldMatDirty ++;

    let t = node._matrix;
    let trs = node._trs;
    let tm = t.m;
    tm[12] = trs[0];
    tm[13] = trs[1];
    tm[14] = trs[2];

    node._mulMat(node._worldMatrix, node._parent._worldMatrix, t);
    node._renderFlag &= ~WORLD_TRANSFORM;
  
    // 此处调用RenderFlow中下一个函数,并且会在所有子节点遍历结束后才返回
    // 子节点根据_batcher.worldMatDirty值判断是否更新自己的世界坐标
    this._next._func(node);

    // 重置“全局”状态
    _batcher.worldMatDirty --;
};

显然广度优先遍历时全局变量中已经丢失父节点的状态,其行为会非预期。

RENDER函数可以推迟执行

当节点的RenderFlow执行到 RENDER时,已经对 Assembler进行过 updateColor() , updateRenderData() 的调用,对应的顶点数据已经全部计算完毕。RENDER函数所做的合批检测和顶点数据拷贝可以推迟到 POST_RENDER函数内执行,这就是本文的主要思路。


设计思路

  1. 设定一个层级根节点,在此节点上做广度优先遍历,按节点层级分装在不同数组里。这次广度优先遍历过程中不渲染节点。
  2. 拆分所有子节点RenderFlow。通过移除子节点的 RENDER标志位使子节点不执行 RENDER函数。
  3. 根节点的 POST_RENDER函数里,按层级顺序执行子节点的 RENDER函数。RENDER函数中如果依赖某些父节点状态(worldMatDirty属性),则在第1步中缓存下来
export default class LayeredBatchingAssembler extends GTSimpleSpriteAssembler2D {
    protected _layers: Array<Array<cc.Node>>;

    fillBuffers(comp, renderer) {
        super.fillBuffers(comp, renderer);
      	// 渲染完自己后,对子节点做广度优先遍历,将子节点分装在_layers成员内
      	// ... 详见Demo https://github.com/caogtaa/CCBatchingTricks
    }

    postFillBuffers(comp, renderer) {
      	// 将_layers成员按层级取出逐个执行
        for (let layer of this._layers) {
            for (let c of layer) {
              	// ... 详见Demo
                // 调用节点c的render & postRender方法
            }
        }
    }
}

实现一个RenderComponent,开启节点的PostRender,并且关联上面的Assembler

@ccclass
export default class LayeredBatchingRootRenderer extends cc.Sprite {
    onEnable() {
        super.onEnable();
        if (!CC_EDITOR && !CC_NATIVERENDERER)
            this.node._renderFlag |= cc.RenderFlow.FLAG_POST_RENDER;
    }

    _resetAssembler() {
        this.setVertsDirty();
        let assembler = this._assembler = new LayeredBatchingAssembler();
        assembler.init(this);
    }
}

存在的问题

  1. 不支持native
    由于native的RenderFlow被包装在c++层实现,本文的修改对native游戏不造成影响。
  2. 会影响节点遮挡关系
    感谢@dayday 的提醒。如果同层级的item有重叠的需求,使用本方案后遮挡关系会受到影响,所有子节点会在所有父节点的上方,请根据业务场景酌情使用。实际上不管是手动分层还是程序自动分层,都需要注意这个问题。

Demo地址

https://github.com/caogtaa/CCBatchingTricks
支持Cocos Creator v2.4.0


其他分享

参考

UI批量渲染优化
Cocos Creator ScrollView 性能优化

---------------------- 20200728更新 ----------------------
多camera进行分层渲染 的方案目前2.4上起不到优化作用,期待引擎在未来能够支持起来。这个方案在实现上会相对优雅一些,也不需要去考虑适配native。

27赞

大佬牛皮,话说建议官方跟进一哈,毕竟这个对一个引擎来说还是蛮重要的,优劣势都要说说

4赞

mark…

1赞

:+1: 涨姿势了

3赞

牛批…

2赞

大佬牛逼upupup

1赞

大佬,在你的demo中发现一个问题,就是当节点数从295到296,dc就会直接从8到601,然后再增加节点数,都是600往上走了,

2赞

还有一个思路就是定义一个 item_list组件,支持设置各个层级,定义add_item方法,添加时把item不同部位放入指定的层级,item自己有个组件,对各个部位设置层级用。这样子节点预设和列表预设都不需要改,也起到了改变渲染顺序的效果,虽然不是直接修改渲染顺序。这样避免修改源码,native自然也可以兼容。

1赞

层级结构不变,不同层级设置不同 group。然后直接用多个 camera,每个 camera 渲染不同的 group,不能实现你们要的合批效果吗?

2赞

这样不能通用,而且一个UI节点不至于要多个摄像机哟。而且这个UI不一定永远在顶层呢。。

没用过group,我试一试

1赞

这样做如果父节点位置、透明度变化了,是不是同步修改不同层级的node?

1赞

多谢反馈,我测一测

1赞

是的,而且这样的代码写一次就一劳永逸了

每个批次渲染有容量限制,需要额外处理一下。

1赞

除此之外,还有个优化点。滑动列表超出view的aabb包围盒的item,可以不提交渲染命令(比如opacity设为0之类的)。这样 的话,864728298用户提出的合批断掉的问题(也就是一个批次容量超出的问题),就不复存在了

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:+1::+1:

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情况还蛮多的,还有anchor变化、删除,这些都要同步,如果我直接对着原父节点操作,其他层的节点如何感知到?需要自己封装操作节点的入口吗?

1赞

好吧,那这个就不方便喽

这个方案我也是做到一半发现native不好处理,现在项目里用的是跟你类似的方法,实际情况没有这么复杂,我只在代码里同步位移和删除操作:joy:。不过不是很通用就是了。

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