Cocos2Dx之渲染流程

不同平台上面，OpenGL的初始化流程不完全一样。详细的区别可以查看平台相关的CCEGLVIEw类。

OpenGL初始化完成后，就可以进行绘制 *** 作了。CCdisplaylinkDirector::mainLoop会调用drawScene()来绘制场景。drawScene本身做的工作还比较多，比如前面介绍的调度器处理。这里我们抛开渲染无关的内容，只看跟渲染紧密相关的代码实现。

关于kmGLPushmatrix和kmGLPopMatrix，有必要先介绍下背景。Cocos2Dx使用了模型视图矩阵、投影矩阵和纹理矩阵。模型视图矩阵完成模型和视图的变换，包括平移、旋转和缩放。投影矩阵完成三维空间的顶点映射到二维的屏幕上，有两种投影：正射投影和透视投影。纹理矩阵用来对纹理进行变换。关于矩阵变换参考注1的资料。

OpenGL通过使用齐次坐标，平移、旋转和缩放变换都可以通过矩阵乘法完成。但是矩阵乘法是有顺序的，左乘和右乘的结果是不一样的，因此应该变换的顺序很重要。由于存在多个矩阵，并且为了简化复杂模型变换，OpenGL使用栈来存放矩阵。kmGLPushmatrix()函数将当前栈的栈顶矩阵复制后压栈，对应的kmGLPopMatrix()用于出栈，还有kmGLLoadIDentity()用于将栈顶矩阵初始化成单位矩阵。需要注意的是，OpenGL使用的矩阵是列优先的矩阵。

kmGLPushmatrix()内部调用lazyInitialize()来延迟初始化Cocos2Dx使用的三类矩阵：模型视图矩阵、投影矩阵和纹理矩阵。初始化的过程中，不但为三个类型的矩阵都创建了一个堆栈（内部通过数组实现的），还在每个堆栈中都压入一个单位矩阵。单位矩阵左乘任何顶点，顶点不会变化。单位矩阵不会影响后续的变换。current_stack表示了当前使用的堆栈，可以通过kmGLMatrixMode(mode)来切换当前使用的矩阵堆栈。

CCScene的visit继承的是CCNode的visit，它的实现我们前面已经分析过了。这里再看看跟渲染相关的内容。CCNode::visit()先复制一个栈顶元素并压栈，然后计算出一个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，从而得到此节点的世界变换矩阵。随后，根据子节点的Z序确定渲染顺序，然后根据渲染顺序依次渲染子节点或自身。如果是渲染自身，直接调用draw函数。CCSprite的draw函数为空，什么都不做。当前节点及其子节点绘制完成之后，再执行出栈 *** 作。

现在继续分析渲染的流程。前面提到了，CCScrene的draw()函数不做任何事情。下面我们依次看CCSprite和cclayer是如何绘制出来的。

CC_NODE_DRAW_SETUP设置绘图环境。实际上设置了OpenGL服务器端的状态和着色器。OpenGL是C/S架构，因此客户端和服务器端都有状态需要维护。ccGLEnable在当前版本上什么都没有做，使用服务器端默认状态。着色器的设置，首先选择当前顶点或片段使用的着色器，然后检查同一着色器使用的Uniform数据是否有变化，有变化的话，重新设置着色器使用的Uniform数据。关于Uniform，参见注4。

混合的设置在渲染的过程中也非常重要。它决定了在视景框内不同深度的模型颜色如何显示出来，透明效果就依靠它实现。渲染的过程是有顺序的，glBlendFunc函数决定后画上去的颜色与已经存在的颜色如何混合到一起。把将要画上去的颜色称为“源颜色”，把原来的颜色称为“目标颜色”。OpenGL 会把源颜色和目标颜色各自取出，并乘以一个系数（源颜色乘以的系数称为“源因子”，目标颜色乘以的系数称为“目标因子”），然后相加，这样就得到了新的颜色。关于OpenGL混合的详细计算模型，参考注5。

CCSprite混合使用的源因子和目标因子，以及使用的着色器在CCSprite::initWithTexture里面指定的。可以看出CCSprite的源因子是GL_ONE（CC_BLEND_SRC），目标因子是GL_ONE_MINUS_SRC_Alpha（CC_BLEND_DST）。这样的参数组合，表示使用1.0作为源因子，实际上相当于完全的使用了这种源颜色参与混合运算，目标颜色乘以1.0减去源颜色的Alpha值。CCSprite使用的着色器是kCCShader_positionTexturecolor。

CCSprite::draw使用glVertexAttribPointer来设置定点数据。它的原型：

cclayercolor::initWithcolor里面设置了cclayercolor混合方式和着色器。混合使用的源因子是GL_SRC_Alpha，目标因子是GL_ONE_MINUS_SRC_Alpha。这个混合组合是比较常见的组合。表示源颜色乘以自身的Alpha值，目标颜色乘以1.0减去源颜色的Alpha值。这样一来，源颜色的Alpha值越大，则产生的新颜色中源颜色所占比例就越大，而目标颜色所占比例则减小。cclayercolor使用的着色器是kCCShader_positioncolor。

现在已经看完了怎么渲染出CCSprite和cclayercolor。自己派生的CCSprite渲染也是一样的方式。游戏退出的时候需要做OpenGL的清理工作。清理工作放在CCEGLVIEw::destroyGL()里面。windows上面依次调用：

设置设备描述符表使用的图形描述符为空，然后删除图形描述符。

注1：模式视图矩阵和投影矩阵http://www.songho.ca/opengl/gl_transform.html。该网站上还有模拟矩阵变换的小程序，非常直观。

注2：GL_TRIANGLES是以每三个顶点绘制一个三角形。第一个三角形使用顶点v0,v1,v2,第二个使用v3,v4,v5,以此类推。如果顶点的个数n不是3的倍数，那么最后的1个或者2个顶点会被忽略。GL_TRIANGLE_STRIP则稍微有点复杂，其规律是：

构建当前三角形的顶点的连接顺序依赖于要和前面已经出现过的2个顶点组成三角形的当前顶点的序号的奇偶性（如果从0开始）：

如果当前顶点是奇数：组成三角形的顶点排列顺序：T = [n-1 n-2 n]。

如果当前顶点是偶数：组成三角形的顶点排列顺序：T = [n-2 n-21 n]。

以上图为例，第一个三角形，顶点v2序号是2，是偶数，则顶点排列顺序是v0,v2。第二个三角形，顶点v3序号是3，是奇数，则顶点排列顺序是v2,v3,第三个三角形，顶点v4序号是4，是偶数，则顶点排列顺序是v2,以此类推。这个顺序是为了保证所有的三角形都是按照相同的方向绘制的，使这个三角形串能够正确形成表面的一部分。对于某些 *** 作，维持方向是很重要的，比如剔除。注意：顶点个数n至少要大于3，否则不能绘制任何三角形。GL_TRIANGLE_FAN与GL_TRIANGLE_STRIP类似，不过它的三角形的顶点排列顺序是T = [n-1 n-2 n]。各三角形形成一个扇形序列。

注3：EMSCRIPTEN：Emscripten 是 Mozilla 的 Alon Zakai 开发的一个独特 LLVM 后端，可以将任意 LLVM 中间码编译成 JavaScript，大大简化了现有代码在 Web 时代的重用。Emscripten 并非通常的 LLVM 后端，本身使用 JavaScript 写成。它可以将任何通过 LLVM 前端(比如 C/C++ Clang )生成的 LLVMIR 中间码编译成 JavaScript，从而显著降低移植现有代码库到 Web 环境的损耗。

注4：uniform变量是外部application程序传递给（vertex和fragment）shader的变量。因此它是application通过函数gluniform**（）函数赋值的。在（vertex和fragment）shader程序内部，uniform变量就像是C语言里面的常量（const ），它不能被shader程序修改。（shader只能用，不能改）。如果uniform变量在vertex和fragment两者之间声明方式完全一样，则它可以在vertex和fragment共享使用。（相当于一个被vertex和fragment shader共享的全局变量）。uniform变量一般用来表示：变换矩阵，材质，光照参数和颜色等信息。
注5：OpenGL可以设置混合运算方式，包括加、减、取两者中较大的、取两者中较小的、逻辑运算等。下面用数学公式来表达一下这个运算方式。假设源颜色的四个分量（指红色，绿色，蓝色，Alpha值）是(Rs,Gs,Bs,As)，目标颜色的四个分量是(Rd,Gd,Bd,Ad)，又设源因子为(Sr,Sg,Sb,Sa)，目标因子为(Dr,Dg,Db,Da)。则混合产生的新颜色可以表示为：(Rs*Sr+Rd*Dr,Gs*Sg+Gd*Dg,Bs*Sb+Bd*Db,As*Sa+Ad*Da)。源因子和目标因子是可以通过glBlendFunc函数来进行设置的。glBlendFunc有两个参数，前者表示源因子，后者表示目标因子。这两个参数可以是多种值，下面介绍比较常用的几种。

GL_ZERO：表示使用0.0作为因子，实际上相当于不使用这种颜色参与混合运算。

GL_ONE：表示使用1.0作为因子，实际上相当于完全的使用了这种颜色参与混合运算。

GL_SRC_Alpha：表示使用源颜色的Alpha值来作为因子。

GL_DST_Alpha：表示使用目标颜色的Alpha值来作为因子。

GL_ONE_MINUS_SRC_Alpha：表示用1.0减去源颜色的Alpha值来作为因子。

GL_ONE_MINUS_DST_Alpha：表示用1.0减去目标颜色的Alpha值来作为因子。

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