OpenGL--深入解析离屏渲染的原理

什么是离屏渲染

首先我们要了解GPU的渲染机制以及屏幕渲染的方式

• GPU渲染机制：
  CPU通过解压计算好显示内容通过系统总线到 GPU，GPU 渲染完成后将渲染结果放入帧缓冲区，随后视频控制器会按照VSync 信号逐行读取帧缓冲区的数据，经过可能的数模转换传递给显示器显示。

GPU屏幕渲染有以下两种方式：

• OnScreen Rendering表示当前屏幕渲染，指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。
  

  正常渲染流程
  
  APP通过CPU计算和GPU渲染，然后将他们的结果放到帧缓存区frame buffer中，在通过视频控制器将帧缓存区中的结果取出，显示到屏幕上面。

• OffScreen Rendering表示离屏渲染，指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。
  

  离屏渲染流程

当App需要进行额外的渲染和合并时，例如图片切圆角，我们需要对图片中所有的图层进行圆角剪切，然后在将所有图层的处理后的结果存入帧缓存区中，再由视频控制器从帧缓存区中取出由屏幕来显示；在OnScreen Rendering中是无法做到对所有的图层进行裁剪圆角的，因为对多图层图片进行分层裁剪时，是用完一个丢弃一个的，从而节省空间。这使得我们需要提前将处理好的结果放入到离屏缓存区中，等待所有图层处理完后，再将所有的图层合并到一起。

离屏渲染的逻辑

特殊的离屏渲染：如果将不在GPU的当前屏幕缓冲区中进行的渲染都称为离屏渲染，那么就还有另一种特殊的“离屏渲染”方式： CPU渲染。如果我们重写了drawRect方法，并且使用任何Core Graphics的技术进行了绘制操作，就涉及到了CPU渲染。整个渲染过程由CPU在App内 同步地完成，渲染得到的bitmap最后再交由GPU用于显示。
离屏渲染一些问题的总结：
1.离屏缓存区再给我们带来方便同时，也会带来一些问题，由于离屏渲染是额外开辟一个空间，所以在数据的转存到帧缓存区时需要时间，并且在转存过程中可能会出现掉帧的情况。
2.离屏缓存空间并不是无限大的，它最大只能是屏幕像素大小的2.5倍。
3.离屏渲染在我们处理一些特殊效果，这种效果不能一次性完成，需要使用离屏缓存区来保持 中间的状态，也就是 不得不使用的时候，这时候离屏渲染是系统触发的，比如：光栅化、高斯模糊等。
4.如果一个效果需要实现多次，我们可以提前渲染保存到离屏缓存区，来达到复用的目的，这个时候就需要开发者手动触发。

离屏渲染实例化剖析

1，如何检测项目中哪些图层触发了离屏渲染

• 打开模拟器设置点击Debug按钮-勾选Color Off-screen Render
  
  模拟器设置

2，代码解析离屏渲染

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    //1.按钮存在背景图片
    UIButton *btn1 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    btn1.frame = CGRectMake(100, 30, 100, 100);
    btn1.layer.cornerRadius = 50;
    [self.view addSubview:btn1];
    
    [btn1 setImage:[UIImage imageNamed:@"btn.png"] forState:UIControlStateNormal];
    btn1.clipsToBounds = YES;
    
    //2.按钮不存在背景图片
    UIButton *btn2 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    btn2.frame = CGRectMake(100, 180, 100, 100);
    btn2.layer.cornerRadius = 50;
    btn2.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    [self.view addSubview:btn2];
    btn2.clipsToBounds = YES;
    
    //3.UIImageView 设置了图片+背景色;
    UIImageView *img1 = [[UIImageView alloc]init];
    img1.frame = CGRectMake(100, 320, 100, 100);
    img1.backgroundColor = [UIColor blueColor];
    [self.view addSubview:img1];
    img1.layer.cornerRadius = 50;
    img1.layer.masksToBounds = YES;
    img1.image = [UIImage imageNamed:@"btn.png"];
    
    //4.UIImageView 只设置了图片,无背景色;
    UIImageView *img2 = [[UIImageView alloc]init];
    img2.frame = CGRectMake(100, 480, 100, 100);
    [self.view addSubview:img2];
    img2.layer.cornerRadius = 50;
    img2.layer.masksToBounds = YES;
    img2.image = [UIImage imageNamed:@"btn.png"];
    
}

结合上面的代码，设置模拟器就可以查看查看离屏渲染的图层，黄色背景的就是触发了离屏渲染

离屏渲染

3，离屏渲染的原因

• shouldRasterize 光栅化，当开启光栅化，就会将layer渲染为位图并保存在缓存中，在下次使用就可以直接进行复用，来提高效率。
  When the value of this property is YES, the layer is rendered as a bitmap in its local coordinate space and then composited to the destination with any other content.。
shouldRasterize光栅化使用建议：
  1，如果layer不能被复用，则没有必要打开光栅化；
  2，如果layer不是静态的，需要被频繁修改，比如处于动画之中，那么开启离屏渲染 反而影响效率了；
  3，离屏渲染缓存内容有时间限制，缓存内容100ms内容如果没有被使用，那么它就会被丢弃，无法进行复用了；
  4，离屏渲染缓存空间有限，超过2.5倍屏幕像素大小的话，也无法进行复用了；
• 圆角触发离屏渲染offscreen Rendering，我们首先要清楚CALayer的组成结构，包括：backgroundColor、contents、borderWidth&borderColor三部分。
  offscreen Rendering
  
  设置layer.cornerRaclius只会设置backgroundColor的圆角，不会设置content的圆角，除非同时设置了layer.masksToBounds为True(对应view中的clipsToBounds属性);圆角的离屏渲染的原因view.layer.masksToBounds = true;。

总结：常见触发离屏渲染的几种情况

• 使用了mask的layer（layer.mask）；
• 需要进行裁剪的layer（layer.masksToBounds / view.clipsToBounds）;
• 设置了组透明度为Yes，并且透明度不为1的layer（layer.allowsGroupOpacity / layer.opacity）；
• 添加了投影的layer（layer.shadow）;
• 采用了光栅化的layer（layer.shouldRaterize）;
• 绘制了文字的layer（UILable,CAtextLayer,Core Text等）;