NGUI所见即所得之UIPanel

NGUI所见即所得之UIPanel

       

       之前在NGUI所见即所得之UIWidget , UIGeometry & UIDrawCall 文中就这样用过这样的一个例子：

 

                UIGeometry好比为煮菜准备食材，UIDrawCall好比是煮菜的工具（锅，炉子等），UIPanel就是大厨了决定着什么时候该煮菜，UIWidget（UILabel，UISprite和UITexture）是这道菜怎么样的最终呈现。

         本来不打算继续写UIPanel的内容的，因为没有这么深刻的需求，后面自己根据FastGUI生成的UI发现DrawCall数很多：

       一个很简单的界面竟然用了9个DrawCall，相同的material没有进行DrawCall完全的合并，相对于以前一个Material一个DrawCall是不可接受的，所以这样就很必要去看下UIPanel都做了哪些事情，看下了NGUI的更新日志有这样的一句话：

       3.0.0:

       - NEW: Changed the way widgets get batched, properly fixing all remaining Z/depth issues.

       - NEW: Draw calls are now automatically split up as needed (no more sandwiching issues!)

       NGUI之前的版本关于组件的显示跟Z周，depth以及图集和UIPanel的关系一直都受到大家吐槽和诟病（尤其夹层问题），所以NGUI3.0.3就彻底解决这个问题：使用DrawCall切割，然后由depth完全决定组件显示的前后。

 

        也就是说，NGUI对DrawCall进行了分割处理，导致DrawCall数量“剧烈”增加，所以要解决DrawCall数量增加，就要UIPanel产生一个UIDrawCall的原理，然后减少UIDrawCall的生成或进行合并。

        从上图，可以发现NGUI还是对部分组件进行了UIDrawCall合并——多个UIWidget使用同一个UIDrawCall，所以要想做到同一个Material使用一个UIDrawCall理论上是完全可行的。

 

再说UIWidget,UIGeometry&UIDrawCall

        虽然已经有NGUI所见即所得之UIWidget , UIGeometry & UIDrawCall 一文，但是由于之前是在几乎忽略UIPanel的情况下理顺UIWiget，UIGeometry&UIDrawCall三者的关系的，所以文中的组织逻辑比较混乱，条理不强，加上本文也是建立者三者之上的，作为行为的结构的流畅性和完整性，所以还是在简要交代下。
       上图是UIWidget,UIGeometry&UIDrawCall的关系图，UIWidget用于UIDrawcall mDrawCall和UIGeometry mGeo两个成员变量，其中UIGeometry就是对UIWidget的顶点vertices，uvs和color进行存储和更新，UIDrawCall就是根据提供的数据（统一在UIPanel指派）进行渲染绘制。

        UIGeometry完全由UIWidget维护，首先UILabel,UISprite,UITexture对UIWidget的OnFill进行重写——初始化mGeo的verts,uvs,cols的BetterList。然后UIWidget的UpdateGeometry函数对UIGeometry的ApplyTransform()和WriteToBuffer()调用进行更新。

 

         每一个UIWidget都有一个UIGeometry，但是并不都有一个UIDrawCall，而是要通过Batch合并达到减少DrawCall的数量，UIDrawCall是由UIPanel生成的。至于什么是DrawCall，因为没有3D引擎经验，只能从只言片语中拾获一点理解：

       

             “Unity（或者说基本所有图形引擎）生成一帧画面的处理过程大致可以这样简化描述：引擎首先经过简单的可见性测试，确定摄像机可以看到的物体，然后把这些物体的顶点（包括本地位置、法线、UV等），       索引（顶点如何组成三角形），变换（就是物体的位置、旋转、缩放、以及摄像机位置等），相关光源，纹理，渲染方式（由材质/Shader决定）等数据准备好，然后通知图形API——或者就简单地看作是通知GPU       ——开始绘制，GPU基于这些数据，经过一系列运算，在屏幕上画出成千上万的三角形，最终构成一幅图像。 在Unity中，每次引擎准备数据并通知GPU的过程称为一次Draw Call。这一过程是逐个物体进行的，对       于每个物体，不只GPU的渲染，引擎重新设置材质/Shader也是一项非常耗时的操作。因此每帧的Draw Call次数是一项非常重要的性能指标。”

     

       NGUI被说的最多的优点就是：减少DrawCall数量。但现在为了解决sandwiching issues和Z/depth issues，对DrawCall进行split。

 

NGUI指派DrawCall的原理

   

       前面说到，UIDrawCall是由UIPanel生成指派的，哪些UIWiget共用（也就是Batch）一个DrawCall在UIPanel中决定的。UIDrawCall有一个静态变量：

	/// <summary>
	/// All draw calls created by the panels.
	/// </summary>
	static public BetterList<UIDrawCall> list = new BetterList<UIDrawCall>();

      也就是说所有的UIDrawCall都会保存在list中，都说“大蛇要打七寸”，只要找到哪里有 list.add 的调用就知道生成增加了一个UIDrawCall，这样就找到GetDrawCall函数（也可以通过MonoBehaviour的调试功能打断点进行函数跟踪）：

	/// <summary>
	/// Get a draw call at the specified index position.
	/// </summary>

	UIDrawCall GetDrawCall (int index, Material mat)
	{
		if (index < UIDrawCall.list.size)
		{
			UIDrawCall dc = UIDrawCall.list.buffer[index];

			// If the material and texture match, keep using the same draw call
			if (dc != null && dc.panel == this && dc.baseMaterial == mat && dc.mainTexture == mat.mainTexture) return dc;

			// Otherwise we need to destroy all the draw calls that follow
			for (int i = UIDrawCall.list.size; i > index; )
			{
				UIDrawCall rem = UIDrawCall.list.buffer[--i];
				DestroyDrawCall(rem, i);
			}
		}

#if UNITY_EDITOR
		// If we're in the editor, create the game object with hide flags set right away
		GameObject go = UnityEditor.EditorUtility.CreateGameObjectWithHideFlags("_UIDrawCall [" + mat.name + "]",
			//HideFlags.DontSave | HideFlags.NotEditable);
			HideFlags.HideAndDontSave);
#else
		GameObject go = new GameObject("_UIDrawCall [" + mat.name + "]");
		DontDestroyOnLoad(go);
#endif
		go.layer = cachedGameObject.layer;
		
		// Create the draw call
		UIDrawCall drawCall = go.AddComponent<UIDrawCall>();
		drawCall.baseMaterial = mat;
		drawCall.renderQueue = UIDrawCall.list.size;
		drawCall.panel = this;
		//Debug.Log("Added DC " + mat.name + " as " + UIDrawCall.list.size);
		UIDrawCall.list.Add(drawCall);
		return drawCall;
	}

       进一步找到Fill()的调用：

	/// <summary>
	/// Fill the geometry fully, processing all widgets and re-creating all draw calls.
	/// </summary>

	static void Fill ()
	{
		for (int i = UIDrawCall.list.size; i > 0; )
			DestroyDrawCall(UIDrawCall.list[--i], i);

		int index = 0;
		UIPanel pan = null;
		Material mat = null;
		UIDrawCall dc = null;

		for (int i = 0; i < UIWidget.list.size; )
		{
			UIWidget w = UIWidget.list[i];

			if (w == null)
			{
				UIWidget.list.RemoveAt(i);
				continue;
			}

			if (w.isVisible && w.hasVertices)
			{
				if (pan != w.panel || mat != w.material)    //a)
				{
					if (pan != null && mat != null && mVerts.size != 0)
					{
						pan.SubmitDrawCall(dc);
						dc = null;
					}

					pan = w.panel;
					mat = w.material;
				}

				if (pan != null && mat != null)   //b)
				{
					if (dc == null) dc = pan.GetDrawCall(index++, mat);
					w.drawCall = dc;
					if (pan.generateNormals) w.WriteToBuffers(mVerts, mUvs, mCols, mNorms, mTans);
					else w.WriteToBuffers(mVerts, mUvs, mCols, null, null);
				}
			}
			else w.drawCall = null;
			++i;
		}

		if (mVerts.size != 0)
			pan.SubmitDrawCall(dc);
	}

 整理Fill函数的原理如下r：

 

       (1) 获取UIWidget的队列UIWidget.list（已经根据depth排好序），声明一个UIPanel pan，Material mat和UIDrawCall dc，pan，mat和dc都是保存上一次循环的UIPanel，Material和UIDrawCall。

       (2) 遍历UIWidget.list，循环体中对 当前UIWiget w的panel和material是否和当前pan,mat是否相同 进行判断，分为两种情况：

                  a)如果有一种不相同，调用SubmitDrawCall函数，SubmitDrawCall函数其实就是使用pan的mVerts, mUvs, mCols数据，调用UIDrawCall的set函数对Mesh，MeshRender，MeshFilter等进行“设置组装”。

                  b)如果相同，通过调用GetDrawCall获取当前pan和mat的DrawCall，然后将UIWidget w的UIGeometry数据放入mVerts, mUvs, mCols（通过调用函数w.WriteToBuffers(mVerts, mUvs, mCols, mNorms, mTans)）  

 

     小结：UIPanel的mVerts,mUVs,mCols只是要将要传给UIDrawCall数据的一个“积蓄”过渡的一个概念，也就是说，Fill函数式这么操作的：先将UIWidget w的中UIGeometry的数据缓存在UIPanel的mVerts,mUVs,mCols，只有当不能再pan或mat与当前的w.panel或w.material不同时就不能再缓存了，然后通过SubmitDrawCall，生成UIDrawCall的工作才完成，然后再重新 new 一个新的UIDrawCall继续缓存数据。

 

UIPanel完整工作流程——LateUpdate

     前面介绍UIDrawCall的产生过程，当然这是UIPanel最重要的工作之一，在对UIDrawCall进行更新是要对UIPanel的其他信息（transform,layer,widget)等进行更新：

	/// <summary>
	/// Main update function
	/// </summary>

	void LateUpdate ()
	{
		// Only the very first panel should be doing the update logic
		if (list[0] != this) return;

		// Update all panels
		for (int i = 0; i < list.size; ++i)
		{
			UIPanel panel = list[i];
			panel.mUpdateTime = RealTime.time;
			panel.UpdateTransformMatrix();
			panel.UpdateLayers();
			panel.UpdateWidgets();
		}
		// Fill the draw calls for all of the changed materials
		if (mFullRebuild)
		{
			UIWidget.list.Sort(UIWidget.CompareFunc);
			Fill();
		}
		else
		{
			for (int i = 0; i < UIDrawCall.list.size; )
			{
				UIDrawCall dc = UIDrawCall.list[i];

				if (dc.isDirty)
				{
					if (!Fill(dc))
					{
						DestroyDrawCall(dc, i);
						continue;
					}
				}
				++i;
			}
		}

		// Update the clipping rects
		for (int i = 0; i < list.size; ++i)
		{
			UIPanel panel = list[i];
			panel.UpdateDrawcalls();
		}
		mFullRebuild = false;
	}

        就不进行文字描述了，贴一张自己的画的LateUpdate()函数调用栈图（不光文笔不好，画图也不行，硬伤呀，就这样也是琢磨很久画的）：

DrawCall数量优化

         言归正传，本文的话题就是对于NGUI3.0.4的版本（目前最新版）如何减少DrawCall， 先回到文中的第一幅图，发现两个以New atlas图集为material的DrawCall夹着一个以font为字体集的DrawCall间隔，然后使用MonoBehaviour的断点调试功能进行跟踪得到UIWidget.list队列：

 

        发现一个规律：使用相同material的连续UIWidget(UILabel,UISprite)共用一个UIDrawCall。这样就给了一个解决策略：对UIWidget.list进行排序，使得使用相同的material的UIWidget在UIWidget.list相连，而UIWidget.list是根据UIWidget的depth进行排序的。所以可以有如下两种方法：

        1）修改UIWidget(UILabel,UISprite)的depth，限定好UIWidget.list的排序

        2）重写UIWidget的CompareFunc方法。

	/// <summary>
	/// Static widget comparison function used for depth sorting.
	/// </summary>

	static public int CompareFunc (UIWidget left, UIWidget right)
	{
		int val = UIPanel.CompareFunc(left.mPanel, right.mPanel);

		if (val == 0)
		{
			if (left.mDepth < right.mDepth) return -1;
			if (left.mDepth > right.mDepth) return 1;

			Material leftMat = left.material;
			Material rightMat = right.material;

			if (leftMat == rightMat) return 0;
			if (leftMat != null) return -1;
			if (rightMat != null) return 1;
			return (leftMat.GetInstanceID() < rightMat.GetInstanceID()) ? -1 : 1;
		}
		return val;
	}

         下面对原来对属于第三个DrawCall的两个UILabel增大他们的depth，发现DrawCall立马减少一个了，说明这个方法是可行的：
 
 

 

    

 

 

 

 

 

        同理，重写UIWidget的CompareFunc也是可以的，按照Material的name优先排序，只有当material一样是才考虑depth进行排序：

	/// <summary>
	/// Static widget comparison function used for depth sorting.
	/// </summary>

	static public int CompareFunc (UIWidget left, UIWidget right)
	{
		int val = UIPanel.CompareFunc(left.mPanel, right.mPanel);

		if (val == 0)
		{
		    //原理排序的方法
			/*if (left.mDepth < right.mDepth) return -1;
			if (left.mDepth > right.mDepth) return 1;

			Material leftMat = left.material;
			Material rightMat = right.material;

			if (leftMat == rightMat) return 0;
			if (leftMat != null) return -1;
			if (rightMat != null) return 1;
			return (leftMat.GetInstanceID() < rightMat.GetInstanceID()) ? -1 : 1;*/
			

			Material leftMat = left.material;
			Material rightMat = right.material;

			if (leftMat == rightMat) 
			{
				if (left.mDepth < right.mDepth) return -1;
				else if (left.mDepth > right.mDepth) return 1;
				else return 0;
			}
			if(leftMat !=null & rightMat != null)
				return string.Compare(leftMat.name,rightMat.name);
			if (leftMat != null) return -1;
			if (rightMat != null) return 1;
			return (leftMat.GetInstanceID() < rightMat.GetInstanceID()) ? -1 : 1;
			
		}
		return val;
	}

       最终的DrawCall数量一定是等于使用的Material的数量：

 

 

 

还是夹层问题（sandwiching issues!）

       现在我们完全可以实现一个Material一个DrawCall，但是这样还是没有解决夹层的难题，NGUI给我们解决方法就是多一个DrawCall，这个其实跟3.0之前的版本多用一个UIPanel或者UIAtlas是一样的道理。这样还是感觉没有从本质上解决这个问题，只是换了一种方式权衡了一下。

       记得NGUI3.0之前的版本还是有Z轴的概念的，现在Z轴完全是形同虚设，但是3D引擎的图形一定是跟Z轴是密切的关系的，而最终的图形显示的位置关系是由Mesh的顶点决定的，所以可以考虑Z轴来解决夹层问题：DrawCall控制的渲染队列的次序renderQueue，Mesh控制的是实际绘制的“地理位置”，如下图所示，A和C使用相同的图集有相同的material，B单独使用一个图集，可以通过material来排序或者定制好depth，让A和C使用一个DrawCall，但是C的Mesh（参考transform的Z轴）会在B的“前面”，这样就应该可以实现夹层的效果了。

       做了下测试，修改Mesh的Z轴没有什么变化，然后早上向同事请教了，因为Material使用的Shader使用了透明，这样就不能做深度测试，也就是Mesh的“深度”是不影响的，这样最终的显示就跟Shader的renderQueue有关了，即renderQueue越大，显示的越靠前面（重叠的图层，renderQueue越大，越靠前）。当然现在只有增加一个DrawCall（如多使用一个UIPanel或用另外一个Material)来做到Material的夹层效果。
        

 

小结：

        NGUI更新的很快，之前一直也没有仔细研究，最近开始慢慢看了些，也写了些博客，主要有3点收获：1）NGUI的渲染机制，2）NGUI相关“组件”（Font,Atlas,UIWidget等）实现方法，3）NGUI的设计模式。当然D.S.Qiu觉得NGUI作为一个大的系统一定会有冗余和诟病，使用了很多“缓存”的思想，很多细节都没有处理好，所以我们都可以再努力完善，争取做“站在巨人的肩膀上”的那个人。

        发现没有3D引擎以及图形渲染的基础，做点事情还是很蹩脚的，GPU的处理输出，显存的大小，CPU与GPU的交互都是要考虑的，有空的时候还是要找到这方面的书来恶补下……

 

       如果您对D.S.Qiu有任何建议或意见可以在文章后面评论，或者发邮件（[e-mail])交流，您的鼓励和支持是我前进的动力，希望能有更多更好的分享。

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 参考：

①Indie 之路： http://ravenw.com/blog/2011/10/14/unity-optimization-of-draw-call/

评论

8 楼 zcs302567601 2017-03-04  

博主，你好，一直都有个问题没有搞明白，就是 2.x的版本是通过Z轴来调整渲染层次的，但是ngui用的shader已经关闭深度测试了，为啥还是可以通过调整Z轴来改变渲染层次啊？

7 楼 qoom103 2014-10-22  

感谢楼主总结，还有个问题想问下楼主，对于特效的夹心层如何出来啊？我现在的做法是通过修改粒子特效的Render的renderQueue来实现，不过感觉设置起来很麻烦，不知道楼主有没有什么好的解决方案呢？

6 楼 manlan1 2014-07-11  

分析很好哈,懒人又努力学习了一下

5 楼 DSQiu 2014-02-23  

DSJie 写道

谢谢屌丝QIU的源码分析，让我学到了更多。希望继续啊！！！

哈哈，谢谢，下周准备对NGUI的分析补强到3.5.1版本

4 楼 DSJie 2014-02-23  

谢谢屌丝QIU的源码分析，让我学到了更多。希望继续啊！！！

3 楼 赵青青 2013-11-18  

一起学习交流。

2 楼 DSQiu 2013-11-18  

赵青青 写道

楼主，3D图形，及图形方面的书有推荐的么？这方面我也在补习

这个你google下可以了，我现在主要是看些博客，源代码之类的，我也是菜，所以没有什么好的推荐，不好意思……

1 楼 赵青青 2013-11-18  

楼主，3D图形，及图形方面的书有推荐的么？这方面我也在补习