cocos2dx的渲染机制

一、OpenGL基础


　　游戏引擎是对底层绘图接口的包装，Cocos2d-x 也一样，它是对不同平台下 OpenGL 的包装。OpenGL 全称为 Open Graphics Library，是一个开放的、跨平台的高性能图形接口。OpenGL ES 则是 OpenGL 在移动设备上的衍生版本，具备与 OpenGL 一致的结构，包含了常用的图形功能。Cocos2d-x 就是一个基于 OpenGL 的游戏引擎，因此它的绘图部分完全由 OpenGL 实现。OpenGL 是一个基于 C 语言的三维图形 API，基本功能包含绘制几何图形、变换、着色、光照、贴图等。除了基本功能，OpenGL还提供了诸如曲面图元、光栅操作、景深、shader 编程等高级功能。


（1）状态机：


　　OpenGL 是一个基于状态的绘图模型，我们把这种模型称为状态机。为了正确地绘制图形，我们需要把 OpenGL 设置到合适的状态，然后调用绘图指令。(绘图流程和状态机优势)。


（2）坐标系：OpenGL 是一个三维图形接口，在程序中使用右手三维坐标系。


（3）渲染流水线：


　　当我们把绘制的图形传递给 OpenGL 后，OpenGL 还要进行许多操作才能完成 3D 空间到屏幕的投影。通常，渲染流水线过程
有如下几步：显示列表、求值器、顶点装配、像素操作、纹理装配、光栅化和片断操作等。OpenGL 从 2.0 版本开始引入了可编程着色器（shader）。


（4）绘图函数：


（5）矩阵与变换：OpenGL 对顶点进行的处理实际上可以归纳为接受顶点数据、进行投影、得到变换后的顶点数据这 3 个步骤。


在计算机中，坐标变换是通过矩阵乘法实现的。


注：详细参见《cocos2d-x高级开发教程》、《OpenGL编程指南》


二、Cocos2d-x绘图原理


复制代码
void CCSprite::draw(void)
{
    //1. 初始准备
    CC_PROFILER_START_CATEGORY(kCCProfilerCategorySprite, "CCSprite - draw");


    CCAssert(!m_pobBatchNode, "If CCSprite is being rendered by CCSpriteBatchNode, CCSprite#draw SHOULD NOT be called");


    CC_NODE_DRAW_SETUP();


    //2. 颜色混合函数
    ccGLBlendFunc( m_sBlendFunc.src, m_sBlendFunc.dst );


    //3. 绑定纹理
    if (m_pobTexture != NULL)
    {
        ccGLBindTexture2D( m_pobTexture->getName() );
    }
    else
    {
        ccGLBindTexture2D(0);
    }
    
    //
    // Attributes
    //
    //4. 绘图
    ccGLEnableVertexAttribs( kCCVertexAttribFlag_PosColorTex );


#define kQuadSize sizeof(m_sQuad.bl)
    long offset = (long)&m_sQuad;


    // vertex
    //顶点坐标
    int diff = offsetof( ccV3F_C4B_T2F, vertices);
    glVertexAttribPointer(kCCVertexAttrib_Position, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, kQuadSize, (void*) (offset + diff));


    // texCoods
    //纹理坐标
    diff = offsetof( ccV3F_C4B_T2F, texCoords);
    glVertexAttribPointer(kCCVertexAttrib_TexCoords, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, kQuadSize, (void*)(offset + diff));


    // color
    //顶点颜色
    diff = offsetof( ccV3F_C4B_T2F, colors);
    glVertexAttribPointer(kCCVertexAttrib_Color, 4, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_TRUE, kQuadSize, (void*)(offset + diff));


    //绘制图形
    glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);


    CHECK_GL_ERROR_DEBUG();


//5. 调试相关的处理
#if CC_SPRITE_DEBUG_DRAW == 1
    //调试模式 1：绘制边框
    // draw bounding box
    CCPoint vertices[4]={
        ccp(m_sQuad.tl.vertices.x,m_sQuad.tl.vertices.y),
        ccp(m_sQuad.bl.vertices.x,m_sQuad.bl.vertices.y),
        ccp(m_sQuad.br.vertices.x,m_sQuad.br.vertices.y),
        ccp(m_sQuad.tr.vertices.x,m_sQuad.tr.vertices.y),
    };
    ccDrawPoly(vertices, 4, true);
#elif CC_SPRITE_DEBUG_DRAW == 2
    // draw texture box
    //调试模式 2：绘制纹理边缘
    CCSize s = this->getTextureRect().size;
    CCPoint offsetPix = this->getOffsetPosition();
    CCPoint vertices[4] = {
        ccp(offsetPix.x,offsetPix.y), ccp(offsetPix.x+s.width,offsetPix.y),
        ccp(offsetPix.x+s.width,offsetPix.y+s.height), ccp(offsetPix.x,offsetPix.y+s.height)
    };
    ccDrawPoly(vertices, 4, true);
#endif // CC_SPRITE_DEBUG_DRAW


    CC_INCREMENT_GL_DRAWS(1);


    CC_PROFILER_STOP_CATEGORY(kCCProfilerCategorySprite, "CCSprite - draw");
}
复制代码
 　　观察 draw 方法的代码可知，它包含 5 部分，其中前 4 个部分较为重要。第 1 部分主要负责设置 OpenGL 状态，如开启贴图等。第 2 部分负责设置颜色混合模式，与贴图渲染的方式有关。第 3、4 部分分别负责绑定纹理与绘图。这与 10.1.2 节中提供的绘图代码流程类似，首先绑定纹理，然后分别设置顶点坐标、纹理坐标以及顶点颜色，最终绘制几何体，其中顶点坐标、纹理坐标和顶点颜色需要在调用 draw 方法前计算出来。第 5 部分进行一些调试相关的处理操作。


　　同时我们也可以观察到，在进行一次普通精灵的绘制过程中，我们需要绑定一次纹理，设置一次顶点数据，绘制一次三角形带。对 OpenGL 的每一次调用都会花费一定的开销，当我们需要大量绘制精灵的时候，性能就会快速下降，甚至会导致帧率降低。因此，针对不同的情况，可以采取不同的策略来降低 OpenGL 调用次数，从而大幅提高游戏性能。这些技巧我们将在后面详细介绍，现在继续关注 Cocos2d-x 的绘图原理。


（1）渲染树的绘制：


　　回顾 Cocos2d-x 游戏的层次：导演类 CCDirector 直接控制渲染树的根节点--场景（CCScene），场景包含多个层CCLayer），层中包含多个精灵（CCSprite）。实际上，每一个上述的游戏元素都在渲染树中表示为节点（CCNode），游戏元素的归属关系就转换为了节点间的归属关系，进而形成树结构。


　　CCNode 的 visit 方法实现了对一棵渲染树的绘制。为了绘制树中的一个节点，就需要绘制自己的子节点，直到没有子节点可以绘制时再结束这个过程。因此，为了每一帧都绘制一次渲染树，就需要调用渲染树的根节点。换句话说，当前场景的visit 方法在每一帧都会被调用一次。这个调用是由游戏主循环完成的，在 cocos2d-x游戏引擎核心之一中，我们介绍了 Cocos2d-x 的调度原理，在游戏的每一帧都会运行一次主循环，并在主循环中实现对渲染树的渲染。下面是简化后的主循环代码，在注释中标明了对当前场景 visit 方法的调用：


复制代码
void CCDirector::drawSceneSimplified()
{
    _calculate_time();


    if (! m_bPaused)
    m_pScheduler->update(m_fDeltaTime);


    if (m_pNextScene)
    setNextScene();


    _deal_with_opengl();


    if (m_pRunningScene)
    m_pRunningScene->visit(); 　　//绘制当前场景
    
    _do_other_things();
}
复制代码
　　绘制父节点时会引起子节点的绘制，同时，子节点的绘制方式与父节点的属性也有关。例如，父节点设置了放大比例，则子节点也会随之放大；父节点移动一段距离，则子节点会随之移动并保持相对位置不变。显而易见，绘制渲染树是一个递归的过程，下面我们来详细探讨 visit 的实现，相关代码如下：


复制代码
void CCNode::visit()
{
    //1. 先行处理
    if (!m_bIsVisible)
    {
        return;
    }
    //矩阵压栈
    kmGLPushMatrix();


    //处理 Grid 特效
     if (m_pGrid && m_pGrid->isActive())
     {
         m_pGrid->beforeDraw();
     }


    //2. 应用变换
    this->transform();


    //3. 递归绘图
    CCNode* pNode = NULL;
    unsigned int i = 0;


    if(m_pChildren && m_pChildren->count() > 0)
    {
        //存在子节点
        sortAllChildren();
        // draw children zOrder < 0
        //绘制 zOrder < 0 的子节点
        ccArray *arrayData = m_pChildren->data;
        for( ; i < arrayData->num; i++ )
        {
            pNode = (CCNode*) arrayData->arr[i];


            if ( pNode && pNode->m_nZOrder < 0 ) 
            {
                pNode->visit();
            }
            else
            {
                break;
            }
        }
        // self draw
        //绘制自身
        this->draw();


        for( ; i < arrayData->num; i++ )
        {
            pNode = (CCNode*) arrayData->arr[i];
            if (pNode)
            {
                pNode->visit();
            }
        }        
    }
    else
    {    
        //没有子节点：直接绘制自身
        this->draw();
    }


    // reset for next frame
    //4. 恢复工作
    m_nOrderOfArrival = 0;


     if (m_pGrid && m_pGrid->isActive())
     {
         m_pGrid->afterDraw(this);
    }
     
     //矩阵出栈
    kmGLPopMatrix();
}
复制代码
　　（1）visit 方法分为 4 部分。第 1 部分是一些先行的处理，例如当此节点被设置为不可见时，则直接返回不进行绘制等。在这一步中，重要的环节是保存当前的绘图矩阵，也就是注释中的"矩阵压栈"操作。绘图矩阵保存好之后，就可以根据需要对矩阵进行任意的操作了，直到操作结束后再通过"矩阵出栈"来恢复保存的矩阵。由于所有对绘图矩阵的操作都在恢复矩阵之前进行，因此我们的改动不会影响到以后的绘制。


　  （2）在第 2 部分中，visit 方法调用了 transform 方法进行一系列变换，以便把自己以及子节点绘制到正确的位置上。为了理解transform 方法，我们首先从 draw 方法的含义开始解释。draw 方法负责把图形绘制出来，但是从上一节的学习可知，draw方法并不关心纹理绘制的位置，实际上它仅把纹理绘制到当前坐标系中的原点（如图 10-7a 所示）。为了把纹理绘制到正确的位置，我们需要在绘制之前调整当前坐标系，这个操作就由 transform 方法完成，经过变换后的坐标系恰好可以使纹理绘制到正确的位置（如图 10-7b 所示）。关于 transform 方法，我们稍后将会讨论。






　　（3）经过第 2 部分的变换后，我们得到了一个正确的坐标系，接下来的第 3 部分则开始绘图。visit 方法中进行了一个判断：如果节点不包含子节点，则直接绘制自身；如果节点包含子节点，则需要对子节点进行遍历，具体的方式为首先对子节点按照 ZOrder 由小到大排序，首先对于 ZOrder 小于 0 的子节点，调用其 visit 方法递归绘制，然后绘制自身，最后继续按次序把 ZOrder 大于 0 的子节点递归绘制出来。经过这一轮递归，以自己为根节点的整个渲染树包括其子树都绘制完了。


　　（4）最后是第 4 部分，进行绘制后的一些恢复工作。这一部分中重要的内容就是把之前压入栈中的矩阵弹出来，把当前矩阵恢复成压栈前的样子。


　　以上部分构成了 Cocos2d-x 渲染树绘制的整个框架，无论是精灵、层还是粒子引擎，甚至是场景，都遵循渲染树节点的绘制流程，即通过递归调用 visit 方法来按层次次序绘制整个游戏场景。同时，通过 transform 方法来实现坐标系的变换。


 三、坐标变换


在绘制渲染树中，最关键的步骤之一就是进行坐标系的变换。没有坐标系的变换，则无法在正确的位置绘制出纹理。同时，坐标系的变换在其他的场合（例如碰撞检测中）也起着十分重要的作用。因此在这一节中，我们将介绍 Cocos2d-x 中的坐标变换功能。


复制代码
void CCNode::transform()
{    
    kmMat4 transfrom4x4;


    // Convert 3x3 into 4x4 matrix
    //获取相对于父节点的变换矩阵 transform4x4
    CCAffineTransform tmpAffine = this->nodeToParentTransform();
    CGAffineToGL(&tmpAffine, transfrom4x4.mat);


    // Update Z vertex manually
    //设置 z 坐标
    transfrom4x4.mat[14] = m_fVertexZ;


    //当前矩阵与 transform4x4 相乘
    kmGLMultMatrix( &transfrom4x4 );




    // XXX: Expensive calls. Camera should be integrated into the cached affine matrix
    //处理摄像机与 Grid 特效
    if ( m_pCamera != NULL && !(m_pGrid != NULL && m_pGrid->isActive()) )
    {
        bool translate = (m_tAnchorPointInPoints.x != 0.0f || m_tAnchorPointInPoints.y != 0.0f);


        if( translate )
            kmGLTranslatef(RENDER_IN_SUBPIXEL(m_tAnchorPointInPoints.x), RENDER_IN_SUBPIXEL(m_tAnchorPointInPoints.y), 0 );


        m_pCamera->locate();


        if( translate )
            kmGLTranslatef(RENDER_IN_SUBPIXEL(-m_tAnchorPointInPoints.x), RENDER_IN_SUBPIXEL(-m_tAnchorPointInPoints.y), 0 );
    }


}
复制代码
　　可以看到，上述代码用到了许多以"km"为前缀的函数，这是 Cocos2d-x 使用的一个开源几何计算库 Kazmath。在 10.1.3 节
的末尾曾提到过，它是 OpenGL ES 1.0 变换函数的代替，可以为程序编写提供便利。在这个方法中，首先通过nodeToParentTransform 方法获取此节点相对于父节点的变换矩阵，然后把它转换为 OpenGL 格式的矩阵并右乘在当前绘图矩阵之上，最后进行了一些摄像机与 Gird 特效相关的操作。把此节点相对于父节点的变换矩阵与当前节点相连，也就意味着在当前坐标系的基础上进行坐标系变换，得到新的合适的坐标系。这个过程中，变换矩阵等价于坐标系变换的方式.






"节点坐标系"指的是以一个节点作为参考而产生的坐标系，换句话说，它的任何一个子节点的坐标值都是由这个坐标系确定的，通过以上方法，我们可以方便地处理触摸点，也可以方便地计算两个不同坐标系下点之间的方向关系。例如，若我们需要判断一个点在另一坐标系下是否在同一个矩形之内，则可以把此点转换为世界坐标系，再从世界坐标系转换到目标坐标系中，此后只需要通过 contentSize 属性进行判断即可，相关代码如下：


复制代码
bool IsInBox(CCPoint point)
{
    CCPoint pointWorld = node1->convertToWorldSpace(point);
    CCPoint pointTarget = node2->convertToNodeSpace(pointWorld);
    CCSize contentSize = node2->getContentSize();
    if(0 <= pointTarget.x && pointTarget.x <= contentSize.width && 0 <= pointTarget.y && pointTarget.y <= contentSize.height)
    return true;
}
复制代码
注：上面代码中的point坐标是相对当前节点(也即相对自己)的坐标，比如当前节点A在父节点B中的坐标为（50， 100）， 当取A的坐标为(0, 0)时，取到的是节点A的左下角位置，与节点A在父节点B中的位置无关。 得到在目标节点中的坐标同样也是相对目标节点，所以当要判断节点A是否在目标节点中的时候，只要判断转换得到的坐标的x， y是否在目标节点（0， 0）和(width, height)之间。


四、绘图瓶颈：


（1）纹理过小：OpenGL 在显存中保存的纹理的长宽像素数一定是 2 的幂，对于大小不足的纹理，则在其余部分填充空白，这无疑是对显存极大的浪费；另一方面，同一个纹理可以容纳多个精灵，把内容相近的精灵拼合到一起是一个很好的选择。


（2）纹理切换次数过多：当我们连续使用两个不同的纹理绘图时，GPU 不得不进行一次纹理切换，这是开销很大的操作，然而当我们不断地使用同一个纹理进行绘图时，GPU 工作在同一个状态，额外开销就小了很多，因此，如果我们需要批量绘制一些内容相近的精灵，就可以考虑利用这个特点来减少纹理切换的次数。


（3）纹理过大：显存是有限的，如果在游戏中不加节制地使用很大的纹理，则必然会导致显存紧张，因此要尽可能减少纹理的尺寸以及色深。


（1-）碎图压缩与精灵框帧：使用各自的纹理来创建精灵，由此导致的纹理过小和纹理切换次数过多是产生瓶颈的根源。针对这个问题，一个简单的解决方案是碎图合并与精灵框帧。(碎图合并工具 TexturePacker)


（2-）批量渲染：有了足够大的纹理图后，就可以考虑从渲染次数上进一步优化了。如果不需要切换绑定纹理，那么几个 OpenGL 的渲染请求是可以批量提交的，也就是说，在同一纹理下的绘制都可以一次提交完成。在 Cocos2d-x 中，我们提供了 CCSpriteBatchNode来实现这一优化。


（3-）色彩深度优化：默认情况下，我们导出的纹理图片是 RGBA8888 格式的，它的含义是每个像素的红、蓝、绿、不透明度 4 个值分别占用 8 比特（相当于 1 字节），因此一个像素总共需要使用 4 个字节表示。若降低纹理的品质，则可以采用 RGBA4444 格式来保存图片。RGBA4444 图片的每一个像素中每个分量只占用 4 比特，因此一个像素总共占用 2 字节，图片大小将整整减少一半。对于不透明的图片，我们可以选择无 Alpha 通道的颜色格式，例如 RGB565，可以在不增加尺寸的同时提高图像品质。各种图像编辑器通常都可以修改图片的色彩深度，TexturePacker 也提供了这个功能。


五、绘图技巧


（1）遮罩效果


　　遮罩效果又称为剪刀效果，允许一切的渲染结果只在屏幕的一个指定区域显示：开启遮罩效果后，一切的绘制提交都是正常渲染的，但最终只有屏幕上的指定区域会被绘制。形象地说，我们将当前屏幕截图成一张固定的画布盖在屏幕上，只挖空指定的区域使之能活动，而屏幕上的其他位置尽管如常更新，但都被掩盖住了。 于是，我们可以在表盘上顺序排列所有的数字，不该显示的部分用遮罩效果盖住，滚动的表盘效果可以借助遮罩得到快速的实现。


我们在数字类中添加遮罩效果，将不应该出现的数字隐藏起来。重载NumberScrollLabel::visit 方法，相关代码如下所示：


复制代码
void visit()
{
    //启动遮罩效果
    glEnable(GL_SCISSOR_TEST);
    CCPoint pos = CCPointZero;
    pos = visibleNode->getParent()->convertToWorldSpace(pos); //获取屏幕绝对位置
    CCRect rect = CCRectMake(pos.x, pos.y, m_numberSize, m_numberSize);
    //设置遮罩效果
    glScissor(rect.origin.x, rect.origin.y, rect.size.width, rect.size.height);
    CCNode::visit();
    //关闭遮罩效果
    glDisable(GL_SCISSOR_TEST);
}
复制代码
　　这里我们选择重写 visit 函数来设置遮罩效果，对于"仅在 draw 中设置绘图效果"原则是个小小的破例。这样做是为了能成功遮挡所有子节点的无效绘图。回想一下引擎中渲染树的绘制过程，draw 方法并不是递归调用的，而 visit 方法是递归的，并且 visit 方法通过调用 draw 来实现绘图。因此，我们在设置了遮罩效果后调用了父类的 visit，使绘制流程正常进行下去，最后在绘制完子节点后关闭遮罩效果。(详细参见《cocos2d-x高级开发教程》11章)


（2）小窗预览(截屏功能)


　　我们再为游戏添加一个小小的截屏功能，借此讨论游戏中涉及的底层的数据交流。底层的数据交流必须介绍两个类：CCImage 和 CCTexture2D，这是引擎提供的描述纹理图片的类，也是我们和显卡进行数据交换时主要涉及的数据结构。


　　CCImage 在"CCImage.h"中定义，表示一张加载到内存的纹理图片。在其内部的实现中，纹理以每个像素的颜色值保存在内存之中。CCImage 通常作为文件和显卡间数据交换的一个工具，因此主要提供了两个方面的功能：一方面是文件的加载与保存，另一方面是内存缓冲区的读写。


　　我们可以使用 CCImage 轻松地读写图片文件。目前，CCImage 支持 PNG、JPEG 和 TIFF 三种主流的图片格式。下面列举与文件读写相关的方法：


bool initWithImageFile(const char* strPath, EImageFormat imageType = kFmtPng);
bool initWithImageFileThreadSafe(const char* fullpath, EImageFormat imageType = kFmtPng);
bool saveToFile(const char* pszFilePath, bool bIsToRGB = true);
　　CCImage 也提供了读写内存的接口。getData 和 getDataLen 这两个方法提供了获取当前纹理的缓冲区的功能，而
initWithImageData 方法提供了使用像素数据初始化图片的功能。相关的方法定义如下：


复制代码
unsigned char* getData();
int getDataLen();
bool initWithImageData(void* pData,
                        int nDataLen,
                        EImageFormat eFmt = kFmtUnKnown,
                        int nWidth = 0,
                        int nHeight = 0,
                        int nBitsPerComponent = 8);
复制代码
注意，目前仅支持从内存中加载 RGBA8888 格式的图片。


另一个重要的类是 CCTexture2D，之前已经反复提及，它描述了一张纹理，知道如何将自己绘制到屏幕上。通过该类还可以设置纹理过滤、抗锯齿等参数。该类还提供了一个接口，将字符串创建成纹理。


这里需要特别重提的两点是：该类所包含的纹理大小必须是 2 的幂次，因此纹理的大小不一定就等于图片的大小；另外，有别于 CCImage，这是一张存在于显存中的纹理，实际上并不一定存在于内存中。


了解了 CCImage 和CCTexture2D 后，我们就可以添加截屏功能了。截屏应该是一个通用的功能，不妨写成全局函数放在 MTUtil
库中，使其不依赖于任何一个类。首先，我们使用 OpenGL 的一个底层函数 glReadPixels 实现截图：


void glReadPixels (GLint x, GLint y,GLsizei width, GLsizei height, GLenum format, GLenum type, GLvoid* pixels);
这个函数将当前屏幕上的像素读取到一个内存块 pixels 中，且 pixels 指针指向的内存必须足够大。为此，我们设计一个函数 saveScreenToCCImage 来实现截图功能，相关代码如下：


复制代码
unsigned char screenBuffer[1024 * 1024 * 8];
CCImage* saveScreenToCCImage(bool upsidedown = true)
{
    CCSize winSize = CCDirector::sharedDirector()->getWinSizeInPixels();
    int w = winSize.width;
    int h = winSize.height;
    int myDataLength = w * h * 4;
    GLubyte* buffer = screenBuffer;
    glReadPixels(0, 0, w, h, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, buffer);
    CCImage* image = new CCImage();
    if(upsidedown) {
        GLubyte* buffer2 = (GLubyte*) malloc(myDataLength);
        for(int y = 0; y             for(int x = 0; x                 buffer2[(h - 1 - y) * w * 4 + x] = buffer[y * 4 * w + x];
            }
        }    
        bool ok = image->initWithImageData(buffer2, myDataLength,
        CCImage::kFmtRawData, w, h);
        free(buffer2);
    }
    else {
        bool ok = image->initWithImageData(buffer, myDataLength,
                                            CCImage::kFmtRawData, w, h);
    }
    return image;
}
复制代码
　　这里我们使用 glReadPixels 方法将当前绘图区的像素都读取到了一个内存缓冲区内，然后用这个缓冲区来初始化 CCImage并返回。注意，我们设置了一个参数 upsidedown，当这个参数为 true 时，我们将所有像素倒序排列了一次。这是因为 OpenGL的绘制是从上到下的，如果直接使用读取的数据，再次绘制时将上下倒置。


　　在这个函数的基础上，我们在游戏菜单层中添加相关按钮和响应操作就完成了截屏功能，相关代码如下：


复制代码
void GameMenuLayer::saveScreen(CCObject* sender)
{
    CCImage* image = saveScreenToCCImage();
    image->saveToFile("screen.png");
    image->release();
}
复制代码
　　实际上，引擎还提供了另一个很有趣的方法让我们完成截图功能。在 Cocos2d-x 中，我们实现了一个渲染纹理类CCRenderTexture，其作用是将绘图从设备屏幕转移到一张纹理上，从而使得一段连续的绘图被保存到纹理中。这在 OpenGL的底层中并不罕见，有趣的地方就在于，我们可以使用这个渲染纹理类配合主动调用的绘图实现截图效果。下面的函数saveScreenToRenderTexture 同样实现了截图功能：


复制代码
CCRenderTexture* saveScreenToRenderTexture()
{
    CCSize winSize = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize();
    CCRenderTexture* render = CCRenderTexture::create(winSize.height, winSize.width);
    render->begin();
    CCDirector::sharedDirector()->drawScene();
    render->end();
    return render;
}
复制代码
　　在上述代码中，CCRenderTexture 的 begin 和 end 接口规定了绘图转移的时机，在这两次函数调用之间的 OpenGL 绘图都会
被绘制到一张纹理上。注意，这里我们主动调用了导演类的绘制场景功能。但是根据引擎的接口规范，我们不建议这样做，因为每次绘制都产生了 CCNode 类的 visit 函数的调用，但只要遵守不在 visit 中更改绘图相关状态的规范，可以保证不对后续绘图产生影响。


　　渲染纹理类提供了两个导出纹理的接口，分别可以导出纹理为 CGImage 和文件，它们的定义如下：


CCImage* newCCImage();
bool saveToFile(const char *name, tCCImageFormat format);
感兴趣的读者可以查看 CCRenderTexture 的内部实现，其导出纹理的过程实际上也是利用 glReadPixels 函数来获取像素信息。因此，导出纹理这一步的效率和我们自己编写的 saveScreenToCCImage 函数是一致的。然而如果采用重新绘制的方式来导出纹理则与此不同，一次屏幕的过程较为费时，尤其在布局比较复杂的场景上。重新绘制的强大之处在于绘制结果可以迅速被重用，非常适合做即时小窗预览之类的效果。下面的 saveScreen 方法实现了实时的截图功能：


复制代码
void GameMenuLayer::saveScreen(CCObject* sender)
{
    //我们注释掉了旧的代码，改用 saveScreenToRenderTexture 方法来实现截图
    //CCImage* image = saveScreenToCCImage();
    //image->saveToFile("screen.png");
    //image->release();
    CCRenderTexture* render = saveScreenToRenderTexture();
    this->addChild(render);
    render->setScale(0.3);
    render->setPosition(ccp(CCDirector::sharedDirector()->getWinSize().width, 0));
    render->setAnchorPoint(ccp(1,0));
}
复制代码
CCRenderTexture 继承自 CCNode，我们把它添加到游戏之中，就可以在右下角看到一个动态的屏幕截图预览了，如下图所示：






（3）可编程管线：


　　正如本章开始所说的那样，在 Cocos2d-x 中，最大的变革就是引入了 OpenGL ES 2.0 作为底层绘图，这意味着渲染从过去
的固定管线升级到了可编程管线，我们可以通过着色器定义每一个顶点或像素的着色方式，产生更丰富的效果。着色器实际上就是一小段执行渲染效果的程序，由图形处理单元执行。之所以说是"一小段"，是因为图形渲染的执行周期非常短，不允许过于臃肿的程序，因此通常都比较简短。


在渲染流水线上，存在着两个对开发者可见的可编程着色器，具体如下所示。


　　顶点着色器（vertex shader）。对每个顶点调用一次，完成顶点变换（投影变换和视图模型变换）、法线变换与规格化、纹理坐标生成、纹理坐标变换、光照、颜色材质应用等操作，并最终确定渲染区域。在 Cocos2d-x 的世界中，精灵和层等都是矩形，它们的一次渲染会调用 4 次顶点着色器。


　　段着色器（fragment shader，又称片段着色器）。这个着色器会在每个像素被渲染的时候调用，也就是说，如果我们在屏幕上显示一张 320×480 的图片，那么像素着色器就会被调用 153 600 次。所幸，在显卡中通常存在不止一个图形处理单元，渲染的过程是并行化的，其渲染效率会比用串行的 CPU 执行高得多。


　　这两个着色器不能单独使用，必须成对出现，这是因为顶点着色器会首先确定每一个显示到屏幕上的顶点的属性，然后这些顶点组成的区域被化分成一系列像素，这些像素的每一个都会调用一次段着色器，最后这些经过处理的像素显示在屏幕上，二者是协同工作的。


引擎提供了 CCGLProgram 类来处理着色器相关操作，对当前绘图程序进行了封装，其中使用频率最高的应该是获取着色器程序的接口：


const GLuint getProgram();
　　该接口返回了当前着色器程序的标识符。后面将会看到，在操作 OpenGL 的时候，我们常常需要针对不同的着色器程序作设置。注意，这里返回的是一个无符号整型的标识符，而不是一个指针或结构引用，这是 OpenGL 接口的一个风格。对象（纹理、着色器程序或其他非标准类型）都是使用整型标识符来表示的。


　　CCGLProgram 提供了两个函数导入着色器程序，支持直接从内存的字符串流载入或是从文件中读取。这两个函数的第一个参
数均指定了顶点着色器，后一个参数则指定了像素着色器：


bool initWithVertexShaderByteArray(const GLchar* vShaderByteArray,const GLchar* fShaderByteArray);
bool initWithVertexShaderFilename(const char* vShaderFilename,const char* fShaderFilename);
　　仅仅加载肯定是不够的，我们还需要给着色器传递运行时必要的输入数据。在着色器中存在两种输入数据，分别被标识为
attribute 和 uniform。