计算机渲染原理与CoreAnimation

一、CPU与GPU

计算机中有三个关键硬件：中央处理器CPU，内存和I/O控制芯片，这三个部件几乎就是计算机的核心了，GPU是后来衍生出的专门用来处理绘图运算的处理器

• CPU:现在计算机整个运行系统的计算/控制核心，中央处理器
• GPU:绘图运算的专用微处理器，是连接计算机和显示终端的纽带
  CPU处理复杂的逻辑运算，虽然现在有多核处理器，可以并发，但实际上并不是真正意义上的并发，而是通过时间片的切换来实现的
  而GPU是真正意义上的高并发

二、计算机渲染原理

早期的计算机显示方式是随机扫描显示
显示文件>显示处理器>显示器
通过电子光束随机扫描
而光栅扫描是通过像素点逐行扫描显示到显示器上

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流程如下：
将帧缓冲区里的数据交给视频控制器，视频控制器读取信息进行数模转化，然后进行光栅扫描，显示在显示器上

因为人眼有视觉暂留，一般最低每秒16帧就能让人的视觉感觉连贯

三、屏幕撕裂

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屏幕撕裂如何产生的呢？

• 屏幕撕裂：当视频控制器拿到帧缓冲区数据显示的时候，这一帧的数据还没显示完，新一帧的数据来了，那么就会开始扫描新一阵的数据，所以就会产生屏幕撕裂

为了解决屏幕撕裂问题，就出现了垂直同步Vsync技术+双缓冲区DoubleBuffering，
垂直同步给帧缓冲区加锁，等待显示完成后交换缓冲区处理下一帧数据，但是如果屏幕刷新完成后，缓冲区的数据并没有计算完成(由于CPU和GPU的速度问题导致拿不到framebuffer)，屏幕就会重复渲染同一帧数据，这种情况我们成为掉帧，在视觉上的感受就是卡顿，为了减少掉帧次数，所以引入了三缓冲区技术，合理的使用CPU和GPU

• 掉帧
  屏幕重复渲染同一帧数据

  
  掉帧.png

四、Core Animation

CoreAnimation是苹果提供的一套基于绘图的动画框架

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Core Animation 流水线

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app 本身并不负责渲染，渲染则是由一个独立的Render Server 进程负责。

App 通过 IPC 将渲染任务及相关数据提交给 Render Server。Render Server 处理完数据后，再传递至 GPU。最后由 GPU 调用 iOS 的图像设备进行显示。
Core Animation 流水线的详细过程如下：

• 首先，由 app 处理事件（Handle Events），如：用户的点击操作，在此过程中 app 可能需要更新 视图树，相应地，图层树 也会被更新。
• 其次，app 通过 CPU 完成对显示内容的计算，如：视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等。在完成对显示内容的计算之后，app 对图层进行打包，并在下一次 RunLoop 时将其发送至 Render Server，即完成了一次 Commit Transaction 操作。
• Render Server 主要执行 Open GL、Core Graphics 相关程序，并调用 GPU
• GPU 则在物理层上完成了对图像的渲染。
• 最终，GPU 通过 Frame Buffer、视频控制器等相关部件，将图像显示在屏幕上。

Core Animation 图层打包->下一次runloop到来提交给RenderServer->RenderServer通过OpenGL等调用GPU->GPU进行渲染流程(顶点着色器、片元着色器等)->下一次runloop到来的时候显示到屏幕上

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