iOS圖像顯示原理

析構(gòu)圖顯示:

屏幕顯示圖像原理<建議下載后觀看>.png

圖像顯示各組件分工:


~ CPU:計算視圖frame,圖片解碼,繪制紋理交給GPU。
~ GPU:紋理混合,頂點變換,渲染到幀緩沖區(qū)。
~ 時鐘信號:垂直同步信號V-Sync / 水平同步信號H-Sync。
~ iOS設(shè)備雙緩沖機制:前/后幀緩沖區(qū)。
~ CRT:陰極電子槍發(fā)射電子,在陰極高電壓的作用下,電子由電子槍射向熒光屏,使熒光粉發(fā)光,將圖像顯示在屏幕上。采用時鐘信號控制。
~ LCD:(光學(xué)成像原理)在不加電壓的情況下,光線會沿著液晶分子的間隙前進旋轉(zhuǎn)90°,光可以通過。在 加入電壓后,光沿著液晶分子的間隙直線前進,被濾光板擋住。
~ 注:LCD的成像原理與CRT截然不同,每一個像素的顏色在需要改變時才去改變電壓,但扔需要按照一定的刷新頻率向GPU獲取新的圖像用于顯示。

圖像撕裂原因分析

?圖像撕裂:當視頻控制器還未讀取完成時,GPU將新的一幀內(nèi)容提交到幀緩沖區(qū)并把兩個幀緩沖區(qū)進行更新后,視頻控制器就會把新的一幀數(shù)據(jù)的下半段顯示到屏幕上,造成畫面撕裂的現(xiàn)象。
?解決方案:垂直同步機制
?弊端:GPU會等待顯示的V-Sync信號發(fā)出后,才進行新的一幀渲染和緩存區(qū)更新。能解決畫面撕裂現(xiàn)象,也增加了畫面流暢度,但需要消耗更多的計算資源,由此可能導(dǎo)致卡頓。


圖像撕裂.png

離屏渲染與光柵化

?離屏渲染:CPU渲染及非GPU緩沖區(qū)的渲染統(tǒng)稱為離屏渲染。
?離屏渲染的觸發(fā):CoreGraphics的上下文繪制,drawRect繪制,layer圓角/邊框/陰影/抗鋸齒/光柵化(shouldRasterize置為YES)等。
?離屏渲染的檢測:Instruments的CoreAnimation工具動態(tài)監(jiān)測。(使用方法:Color Offscreen –Rendered Yellow :開啟后會把那些需要離屏渲染的圖層高亮成黃色,黃色圖層可能存在性能問題。)
?光柵化簡介:隱式創(chuàng)建一個位圖,各種陰影遮罩等效果也會保存到位圖中緩存起來,從而減少渲染的頻度,把GPU的操作轉(zhuǎn)到CPU上,生成位圖緩存,直接讀取調(diào)用。(注:對于經(jīng)常變動的內(nèi)容,不要開啟光柵化,防止性能浪費,如Cell的復(fù)用)
?光柵化的檢測:Color Hits Green and Misses Red 開啟后,若shouldRasterize設(shè)置為YES,對應(yīng)的渲染結(jié)果會緩存,如果圖層是綠色,表示緩存被復(fù)用;如果是紅色,就表示緩存被重復(fù)創(chuàng)建,可能存在性能問題。
?GPU緩存區(qū)渲染優(yōu)勢:為圖像顯示做了高度優(yōu)化,速度較快。

卡頓原因分析

卡頓圖示

大體有三種原因:
1.UI渲染需要時間較長,無法按時提交結(jié)果。
2.一些需要密集計算的處理放在了主線程中執(zhí)行,導(dǎo)致主線程被阻塞,無法渲染UI界面。
3.網(wǎng)絡(luò)請求由于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的問題響應(yīng)較慢,UI層由于沒有模型返回?zé)o法渲染。

CPU資源消耗分析

1.對象創(chuàng)建:對象的創(chuàng)建會分配內(nèi)存、調(diào)整屬性、甚至還有讀取文件等操作,比較消耗CPU資源。盡量采取輕量級對象,盡量放到后臺線程處理,盡量推遲對象的創(chuàng)建時間。(如UIView / CALayer)
2.對象調(diào)整:frame、bounds、transform及視圖層次等屬性調(diào)整很耗費CPU資源。盡量減少不必要屬性的修改,盡量避免調(diào)整視圖層次、添加和移除視圖。
3.布局計算:隨著視圖數(shù)量的增長,Autolayout帶來的CPU消耗會呈指數(shù)級增長,所以盡量提前算好布局,在需要時一次性調(diào)整好對應(yīng)屬性。
4.文本渲染:屏幕上能看到的所有文本內(nèi)容控件,包括UIWebView,在底層都是通過CoreText排版、繪制為位圖顯示的。常見的文本控件,其排版與繪制都是在主線程進行的,顯示大量文本是,CPU壓力很大。對此解決方案唯一就是自定義文本控件,用CoreText對文本異步繪制。(很麻煩,開發(fā)成本高)
5.圖片解碼:當用UIImage或CGImageSource創(chuàng)建圖片時,圖片數(shù)據(jù)并不會立刻解碼。圖片設(shè)置到UIImageView或CALayer.contents中去,并且CALayer被提交到GPU前,CGImage中的數(shù)據(jù)才會得到解碼。這一步是發(fā)生在主線程的,并且不可避免。SD_WebImage處理方式:在后臺線程先把圖片繪制到CGBitmapContext中,然后從Bitmap直接創(chuàng)建圖片。
6.圖像繪制:圖像的繪制通常是指用那些以CG開頭的方法把圖像繪制到畫布中,然后從畫布創(chuàng)建圖片并顯示的一個過程。CoreGraphics方法是線程安全的,可以異步繪制,主線程回調(diào)。

GPU資源消耗分析

?紋理混合:盡量減少短時間內(nèi)大量圖片的顯示,盡可能將多張圖片合成一張進行顯示。
?視圖混合:盡量減少視圖層次和數(shù)量,并在不透明的視圖里標明opaque屬性以避免無用的Alpha通道合成。
?圖形生成:盡量避免離屏渲染,盡量采用異步繪制,盡量避免使用圓角、陰影、遮罩等屬性。必要時用靜態(tài)圖片實現(xiàn)展示效果,也可嘗試光柵化緩存復(fù)用屬性。

Instruments 卡頓監(jiān)測

Time Profiler ->Call Tree Options :

1.Separete By Thread :按線程劃分
2.Invert Call Tree :逆向調(diào)用樹,方便查看調(diào)用順序
3.Hide System Libraries:隱藏系統(tǒng)庫

Core Animation ->Debug Options :

1.Color Blended Layers :監(jiān)測圖層混合情況,沒有混合的部分為綠色,混合最嚴重的部分是紅色,大量圖層混合會消耗GPU的時間。
2.Color Copied Images :監(jiān)測圖片顏色格式,如果GPU不支持當前圖片的顏色格式,會將其交給CPU預(yù)先進行格式轉(zhuǎn)化,并且這張圖片被標記為藍色。(Apple 的 GPU值解析32bit的顏色格式,RGBA)

  1. Color Immediately :設(shè)置調(diào)試顏色每幀更新。(一般不用)
  2. Color Compositing-Fast-Path Blue :對任何直接使用OpenGL繪制的圖層高亮。
  3. Flash Updated Regions :對重繪的內(nèi)容高亮成黃色。(使用Core Graphics繪制的圖層)
  4. Color Hits Green and Misses Red :光柵化監(jiān)測,前面已述。
  5. Color Offscreen-Renderded Yellow :離屏渲染監(jiān)測,前面已述。
  6. Color Non-Standard Surface Formats:Apple 文檔沒注解(一般不用)

性能優(yōu)化

請參考上一篇文章:Texture的異步渲染和布局引擎

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