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OpenGL之 图片撕裂、掉帧及二三级缓存

OpenGL之 图片撕裂、掉帧及二三级缓存

作者: HLinzl | 来源:发表于2020-07-05 21:32 被阅读0次

    一、图片撕裂

    image.png

    如图,很多人在游戏中应该都见过这种情况,在某个界面,出现上下两部分断层的情况,这个就是图片撕裂。

    1、出现原因

    出现图片撕裂的主要原因就是,视频控制器的显示速度比不上GPU的处理图形的速度。

    在GPU拿到位图数据之后,会通过GPU进行图形处理,并显示到屏幕上,过程为 GPU渲染->存入帧缓存区-> 视频控制器 -> 读取帧缓存区信息 -> 数模转化(数字信号处->模拟型号) -> 逐行显示到屏幕上。

    因此,当第一帧的图像正在逐行显示且并未完全显示完成的时候,GPU拿到了新的数据,且存入了帧缓存区,而后视频控制器读取的帧缓存区的位图信息,是新的一帧的位图信息,这个时候,就会出现图片断层,即图片撕裂。

    2、解决办法

    在iOS中引入了垂直信号vSync+双缓存区doubleBuffering的方式来解决图片撕裂。

    2.1 垂直信号vSync

    帧缓存区加锁,在上一帧缓存区位图数据完全显示之前,GPU即使拿到了新一帧的数据,也不存入帧缓存区,直到上一帧显示完全。

    2.2 双缓存区doubleBuffering

    GPU会开辟A和B两个缓存区。

    基本流程就是,当A 帧缓存区拿到一帧数据,就会给A 帧缓存区加上锁,此时,如果GPU拿到新一帧的数据,则会存入B帧缓存区,不会存入A帧缓存区,直到A帧缓存区的数据逐行扫描完成之后,A 帧缓存区才会解锁。

    二、掉帧

    通过垂直信号vSync + 双缓存区doubleBuffering能够较好的解决图片撕裂的问题,但是同时,却引入了另外一个问题,那就是掉帧。

    掉帧.png
    1、形成原因

    掉帧的本质其实是显示了同一帧的数据,在iOS中,每一帧的处理时间是1/60 ≈ 16.67ms。在vSync信号到来之后,CPU会开始做各种计算、解码等工作,并将结果交给GPU,由GPU做各种变换、合成、渲染等工作,而后GPU会把结果交给帧缓存区,在下一次vSync到来的时候,逐行显示到屏幕上。而掉帧的主要原因是 ,当下一次vSync到来的时候,在二级缓存的情况之下,CPU/GPU并没有成功的把数据提交给帧缓存区,而此时,屏幕只能渲染旧的帧,因此形成了掉帧。

    2、解决办法???

    事实上,掉帧的问题不能够完全解决,只能尽可能的减少。
    为了尽可能减少掉帧问题,从而引入了三级缓存。本质就是再增加一个离屏缓存区。

    基本流程是,在显示A缓存区数据的时候,同时B和C缓存区会渲染下两帧的数据,周而复始的,CPU/GPU会不停的循环处理、渲染下两帧的数据,从而缓解掉帧的问题。

    综上总结一下屏幕卡顿原因

    1、CPU/GPU 渲染流⽔线耗时过⻓导致掉帧

    1. 垂直同步Vsync + 双缓存区 DoubleBuffering 以掉帧为代价解决了图片撕裂;
    2. 三缓存区: 合理使⽤CPU/GPU的空闲时间, 以减少掉帧次数。

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