游戏夜读 | 如何优化缓冲加载？

游戏画面元素丰富，则容易屏幕闪烁。这种现象的原因是负责在屏幕上画画的函数动作太慢。而这种现象之所以被发现，主要是三个方面的因素。第一，是因为人类肉眼有“视觉残留”，残留的时间约是零点一秒，换句话说，一秒钟至少播放十张图片，这样人类看起来是“动画片”，这样屏幕就不会闪烁。实际上，现在每秒钟在屏幕上的动画次数都大于十次。第二，是因为除了有内容的图像之外，一般还有纯黑的画面，进行交替播放，以此来模拟实现物体的位移，而纯黑的画面比较容易，有内容的图像处理起来麻烦一些，如果计算机反应慢，就会慢一拍，最后效果变成一种闪烁。第三，是因为画面张数越多，表现得效果就越细腻，尤其是微观物体放大的画面、快速运动的近景等，而这又加重了计算负担。



为了保证播放效果的流畅度，程序家发明了缓冲、缓冲加载、渲染等分步骤的屏幕图像显示方法。其中的“缓冲加载”涉及比较关键的前后屏算法技术。当然，这些起初只针对大型、复杂、丰富的场面，尤其是对品质要求高的场景。



缓冲加载的方针主要是“尽量减少前屏绘制的工作量”，思路的重点是“选区”，更具体的说是“块移图面”，英文称为“blit surface”，这里简称为“位移”。位移（blit）大体上分有三类。



第一类是“全屏加载”。全屏的做法虽然简单粗暴，但不一定效果最差，尤其是屏幕的大部分位置都需要更新的情况下，采用全屏绘制，与理论最优的区域差距并不会很大，却能省去不少脑细胞。



第二类是“脏脏块的合并与切割”。脏脏块这个词，是仿照脏脏包而来的，一般的英文是：dirty rectangle，与脏数据的“脏”用意差不多，意思不相同。脏数据是要被清洗掉的数据，脏脏块则是游戏世界里的变动，是那些需要在前屏重新绘制的区域，对于前屏来说，脏脏块是要被重新粉刷的区域。之所以把区域用块状去选择，这只是目前大多数游戏引擎或代码中的手段，可能是长方形比较好定义：长、宽。所以这一类方法的核心不在于矩形区域，而在于基于矩形的一些合并、切割，试图在全屏的全集中找到一个或数个子集，然后对这些子集进行重绘，重绘的面积就相对小很多，特别适用于那些每次只更新特定一些部分的游戏画面。



第三类是“泥瓦工和脏脏标签”。泥瓦工的意思就是，先把全屏人为分成几个瓦片，然后每次就检测这几个部分中的哪些需要被重绘，可以说是用户界面设计师(UI)的好朋友。脏脏标签也是同样的思路，只是这次的瓦片不是事先固定的，可以是动态变化的物体本身，这种方法直观上就比较适合游戏世界的物体比较有规则，尤其是平面2D的。



总的来说，缓冲加载到处都是优化问题。不过，有句话说的是：优化游戏代码可能会引来麻烦。虽然离屏缓冲、缓冲加载这两个部分跟核心的游戏逻辑已经相去甚远，但不可否认的他们也是一套游戏代码的一部分，还是要慎重。



文/良宵听雨。授权“游戏夜读”发表。