应用分层画布来提升HTML53D渲染的实例教程

日期:2021-01-19 类型:科技新闻 

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简介

一般状况下,在玩 2D 手机游戏或3D渲染 HTML5 画布时,必须实行提升,便于应用好几个层来搭建1个生成的情景。在 OpenGL 或 WebGL 等低等别3D渲染中,根据逐帧地清除和绘图情景来实行3D渲染。完成3D渲染以后,必须提升手机游戏,以降低3D渲染的量,所需成本费因状况而异。由于画布是1个 DOM 元素,它使您可以对好几个画布开展分层,以此做为1种提升方式。
常见的缩写

  •     CSS: Cascading Style Sheets(联级款式表)
        DOM: Document Object Model(文本文档目标实体模型)
        HTML: HyperText Markup Language(超文字标识語言)

本文将讨论对画布开展分层的有效性。掌握 DOM 设定,从而完成分层的画布。应用分层开展提升必须各种各样实践活动。本文还将讨论1些提升对策的定义和技术性,它们拓展了分层方式。

您能够免费下载在本文中应用的示例的源码。
挑选提升对策

挑选最好提升对策将会很难。在挑选分层的情景时,必须考虑到情景是怎样构成的。大显示屏上固定不动物的3D渲染常常必须重用若干个组件,它们是开展科学研究的极佳候选人。视差或动漫实体线等实际效果常常必须很多的转变的显示屏室内空间。在探寻您的最好提升对策时,最好是留意这些状况。尽管画布的分层提升必须选用几种不一样的技术性,但在正确运用这些技术性后,常常会大幅提高特性。
设定层

在应用分层的方式时,第1步是在 DOM 上设定画布。一般状况下,这很简易,只需界定画布元素,将其放入 DOM 中便可,但画布层将会必须1些附加的款式。在应用 CSS 时,取得成功地完成画布分层有两个规定:

    各画布元素务必共存于视区 (viewport) 的同1部位上。
    每一个画布在另外一个画布下面务必是可见的。

图 1显示信息了层设定身后的通用性重合定义。
图 1. 层示例

设定层的流程以下:

  •     将画布元素加上到 DOM。
        加上画布元素精准定位款式,便于适用分层。
        款式化画布元素,便于转化成1个全透明的情况。

设定画布重合堆栈

在 CSS 中建立1个重合堆栈 (overlay stack) 将会必须小量的款式。应用 HTML 和 CSS 有很多方式开展重合。本文中的示例应用1个<div>标识来包括画布。<div>标识特定了1个唯一 ID,它将款式运用于其子 HTML5 画布元素,如清单 1所示。
清单 1. 画布精准定位款式
 

CSS Code拷贝內容到剪贴板
  1. #viewport {   
  2.     /**  
  3.      * Position relative so that canvas elements  
  4.      * inside of it will be relative to the parent  
  5.      */  
  6.     positionrelative;   
  7. }   
  8.     
  9. #viewport canvas {   
  10.     /**  
  11.      * Position absolute provides canvases to be able  
  12.      * to be layered on top of each other  
  13.      * Be sure to remember a z-index!  
  14.      */  
  15.     positionabsolute;   
  16. }   

器皿<div>根据将全部子画布元素款式化为应用肯定精准定位来进行重合规定。根据挑选让#viewport应用相对性精准定位,您能够融入将来的发展趋势,因而,运用于子款式的肯定合理布局款式可能是相对#viewport器皿的款式。

这些 HTML5 画布元素的次序也很关键。能够按元素出現在 DOM 上的次序开展次序管理方法,还可以依照画布应当显示信息的次序来款式化 z-index 款式,从而管理方法次序。尽管并不是一直这般,但别的款式将会也会危害3D渲染;在引进附加的款式(例如任何1种 CSS 变换)时要当心。
全透明的情况

根据应用重合可见性来完成层技术性的第2个款式规定。该示例应用这个选项来设定 DOM 元素情况色调,如清单 2所示。
清单 2. 设定全透明情况的款式表标准
 

XML/HTML Code拷贝內容到剪贴板
  1. canvas {   
  2.     /**   
  3.      * Set transparent to let any other canvases render through   
  4.      */   
  5.     background-color: transparent;   
  6. }  

将画布款式化为有着1个全透明情况,这能够完成第2个规定,即有着可见的重合画布。如今,您早已结构了标识和款式来考虑分层的必须,因此您能够设定1个分层的情景。
分层层面的考虑到要素

在挑选提升对策时,应当留意应用该对策时的全部衡量。对 HTML5 画布情景开展分层是1个偏重于于运作时运行内存的对策,用于得到运作时速率层面的优点。您能够在网页页面的访问器中提升更多的权重,以得到更快的帧速度。1般来讲,画布被视作是访问器上的1个图型平面,在其中包含1个图型 API。

根据在 Google Chrome 19 开展检测,并纪录访问器的选项卡运行内存应用状况,您能够看到运行内存应用的显著发展趋势。该检测应用了早已款式化的<div>(正如上1节中探讨的那样),并转化成了置放在<div>上的用单1色调填充的画布元素。画布的尺寸被设置为 1600 x 900 像素,并从 Chrome1 的每日任务管理方法器好用程序流程搜集数据信息。表 1显示信息了1个示例。

在 Google Chrome 的 Task Manager 中,您能够看到某个网页页面所应用的运行内存量(也称为 RAM)。Chrome 也出示 GPU 运行内存,或是 GPU 正在应用的运行内存。这是普遍信息内容,如几何图形样子、纹路或测算机将您的画布数据信息消息推送到显示屏将会必须的任何方式的缓存文件数据信息。运行内存越低,放在测算机上的权重就会越少。尽管现阶段都还没任何准确的数据做为根据,但应自始至终对此开展检测,保证您的程序流程不容易超过极限,并应用了过量的运行内存。假如应用了过量的运行内存,访问器或网页页面就会由于欠缺运行内存資源而奔溃。GPU 解决是1个宏大的程序编写追求完美,已超过本文的探讨范畴。您能够从学习培训 OpenGL 或查阅 Chrome 的文本文档(请参考参照材料)刚开始。
表 1. 画布层的运行内存花销

在表 1中,伴随着在网页页面上引进和应用了更多的 HTML5 画布元素,应用的运行内存也越多。1般的运行内存也存线上性有关,但每提升1层,运行内存的提高就会显著降低。尽管这个检测并沒有详尽表明这些层对特性带来的危害,但它的确说明,画布会比较严重危害 GPU 运行内存。1定要记得在您的总体目标服务平台上实行工作压力检测,以保证服务平台的限定不容易致使您的运用程序流程没法实行。

入选择变更某个分层处理计划方案的单1画布3D渲染周期时,需考虑到相关运行内存花销的特性增益。虽然存在运行内存成本费,但这项技术性能够根据减小每帧上改动的像素数量来进行其工作中。

下1节将表明怎样应用分层来机构1个情景。
对情景开展分层:手机游戏

在本节中,大家将根据重构1个翻转服务平台跑步设计风格的手机游戏上的视差实际效果的单画布完成,掌握1个多层处理计划方案。图 2显示信息了手机游戏主视图的构成,在其中包含云、小山、路面、情况和1些互动实体线。
图 2. 生成手机游戏主视图

在手机游戏中,云、小山、路面和情况都以不一样的速率挪动。实质上,情况中较远的元素挪动得比在前面的元素慢,因而产生了视差实际效果。以便让状况变得更加繁杂,情况的挪动速率会充足慢,它每半秒钟才再次3D渲染1次。

一般状况下,好的处理计划方案会将全部帧都消除并再次3D渲染显示屏,由于情况是1个图象而且在持续转变。在本例中,因为情况每秒只需转变两次,因此您不必须再次3D渲染每帧。

现阶段,您早已界定了工作中区,因此能够决策情景的哪些一部分应当在同1个层上。机构好各个层以后,大家将讨论用于分层的各种各样3D渲染对策。最先,必须考虑到怎样应用单独画布来完成该处理计划方案,如清单 3所示。
清单 3. 单画布3D渲染循环系统的伪编码
 

XML/HTML Code拷贝內容到剪贴板
  1. /**   
  2.  * Render call   
  3.  *   
  4.  * @param {CanvasRenderingContext2D} context Canvas context   
  5.  */   
  6. function renderLoop(context)   
  7. {   
  8.     context.clearRect(0, 0, width, height);   
  9.     background.render(context);   
  10.     ground.render(context);   
  11.     hills.render(context);   
  12.     cloud.render(context);   
  13.     player.render(context);   
  14. }  

像清单 3中的编码1样,该处理计划方案会有1个render涵数,每一个手机游戏循环系统启用或每一个升级间距都会启用它。在本例中,3D渲染是从主循环系统启用和升级每一个元素的部位的升级启用中抽象性出来。

遵照 “消除到3D渲染” 处理计划方案,render会启用消除左右文,并根据启用显示屏上的实体线各有的render涵数来追踪它。清单 3遵照1个程序流程化的相对路径,将元素置放到画布上。尽管该处理计划方案针对3D渲染显示屏上的实体线是合理的,但它既沒有叙述所应用的全部3D渲染方式,也不适用任何方式的3D渲染提升。

以便更好地详尽表明实体线的3D渲染方式,必须应用两类型型的实体线目标。清单 4显示信息了您将应用和细化的两个实体线。
清单 4. 可3D渲染的Entity伪编码
 

XML/HTML Code拷贝內容到剪贴板
  1. var Entity = function() {   
  2.     /**   
  3.      Initialization and other methods   
  4.      **/   
  5.     
  6.     /**   
  7.       * Render call to draw the entity   
  8.       *   
  9.       * @param {CanvasRenderingContext2D} context   
  10.       */   
  11.     this.render = function(context) {   
  12.         context.drawImage(this.image, this.x, this.y);   
  13.     }   
  14. };  

 

XML/HTML Code拷贝內容到剪贴板
  1. var PanningEntity = function() {   
  2.     /**   
  3.      Initialization and other methods   
  4.      **/   
  5.     
  6.     /**   
  7.       * Render call to draw the panned entity   
  8.       *   
  9.       * @param {CanvasRenderingContext2D} context   
  10.      */   
  11.     this.render = function(context) {   
  12.         context.drawImage(   
  13.             this.image,   
  14.             this.x - this.width,   
  15.             this.y - this.height);   
  16.         context.drawImage(   
  17.             this.image,   
  18.             this.x,   
  19.             this.y);   
  20.         context.drawImage(   
  21.             this.image,   
  22.             this.x + this.width,   
  23.             this.y + this.height);   
  24.     }   
  25. };  

清单 4中的目标储存实体线的图象、x、y、宽度和高宽比的案例自变量。这些目标遵照 JavaScript 英语的语法,但以便简约起见,仅出示了总体目标目标的不详细的伪编码。现阶段,3D渲染优化算法十分贪欲地在画布上3D渲染出它们的图象,彻底不考虑到手机游戏循环系统的别的任何规定。

以便提升特性,必须关键留意的是,panning3D渲染启用輸出了1个比所需图象更大的图象。本文忽视这个特殊的提升,可是,假如应用的室内空间比您的图象出示的室内空间小,那末请保证只3D渲染必要的补钉。
明确分层

如今您了解怎样应用单1画布完成该示例,让大家看看有甚么方法能够健全这类种类的情景,并加速3D渲染循环系统。要应用分层技术性,则务必根据找出实体线的3D渲染重合,鉴别分层所需的 HTML5 画布元素。
重绘地区

以便明确是不是存在重合,要考虑到1些被称为重绘地区的不能见地区。重绘地区是在绘图实体线的图象时必须画布消除的地区。重绘地区针对3D渲染剖析很关键,由于它们使您可以寻找健全3D渲染情景的提升技术性,如图 3所示。
图 3. 生成手机游戏主视图与重绘地区

以便可视性化图 3中的实际效果,在情景中的每一个实体线都有1个表明重绘地区的重合,它超越了视区宽度和实体线的图象高宽比。情景可分成3组:情况、市场前景和互动。情景中的重绘地区有1个五颜六色的重合,以区别不一样的地区:

  •     情况 – 黑色
        云 – 鲜红色
        小山 – 翠绿色
        路面 – 蓝色
        红球 – 蓝色
        黄色阻碍物 – 蓝色

针对除球和阻碍物之外的全部重合,重绘地区都会横跨视区宽度。这些实体线的图象基本上铺满全部显示屏。因为它们的平移规定,它们将3D渲染全部视区宽度,如图 4所示。预计球和阻碍物会穿过该视区,而且将会有着根据实体线部位界定的各有的地区。假如您删掉3D渲染到情景的图象,只留下重绘地区,便可以很非常容易地看到独立的涂层。
图 4. 重绘地区

原始层是不言而喻的,由于您能够留意到相互之间重合的各个地区。因为球和阻碍物地区遮盖了小山和路面,因此可将这些实体线排序为1层,该层被称为互动层。依据手机游戏实体线的3D渲染次序,互动层是高层。

寻找额外层的另外一种方式是搜集沒有重合的全部地区。占有视区的鲜红色、翠绿色和蓝色地区并沒有重合,而且它们构成了第2层——市场前景。云和互动实体线的地区沒有重合,但由于球有将会弹跳到鲜红色地区,因此您应当考虑到将该实体线做为1个独立的层。

针对黑色地区,能够很非常容易地推论出,情况实体线可能构成最终1层。填充全部视区的任何地区(如情况实体线)都应视作填充全部层中的该地区,尽管这对本情景其实不可用。在界定了大家的3个层级以后,大家便可以刚开始将这层分派给画布,如图 5所示。
图 5. 分层的手机游戏主视图

如今早已为每一个排序的实体线界定了层,如今便可以刚开始提升画布消除。此提升的总体目标是以便节约解决時间,能够根据降低每步3D渲染的显示屏上的固定不动物数量来完成。必须关键留意的是,应用不一样的对策将会会使图象得到更好的提升。下1节将讨论各种各样实体线或层的提升方式。
3D渲染提升

提升实体线是分层对策的关键。对实体线开展分层,使得3D渲染对策能够被选用。一般,提升技术性会尝试清除花销。正如表 1所述,因为引进了层,您早已提升了运行内存花销。这里探讨的提升技术性将降低解决器以便加速手机游戏而务必实行的很多工作中。大家的总体目标是找寻1种降低要3D渲染的室内空间量的方式,并尽量多地删掉每步中出現的3D渲染和消除启用。
单1实体线消除

第1个提升方式对于的是消除室内空间,根据只消除构成该实体线的显示屏非空子集来加速解决。最先降低与地区的各实体线周边的全透明像素重合的重绘地区量。应用此技术性的包含相对性较小的实体线,它们填充了视区的住宅小区域。

第1个总体目标是球和阻碍物实体线。单1实体线消除技术性涉及到到在将实体线3D渲染到新部位以前消除前1帧3D渲染该实体线的部位。大家会引进1个消除流程到每一个实体线的3D渲染,并储存实体线的图象的界限框。加上该流程会改动实体线目标,以包含消除流程,如清单 5所示。
清单 5. 包括单框消除的实体线
 

XML/HTML Code拷贝內容到剪贴板
  1. var Entity = function() {   
  2.     /**   
  3.      Initialization and other methods   
  4.      **/   
  5.     
  6.     /**   
  7.      * Render call to draw the entity   
  8.      *   
  9.      * @param {CanvasRenderingContext2D} context   
  10.      */   
  11.     this.render = function(context) {   
  12.         context.clearRect(   
  13.             this.prevX,   
  14.             this.prevY,   
  15.             this.width,   
  16.             this.height);   
  17.         context.drawImage(this.image, this.x, this.y);   
  18.         thisthis.prevX = this.x;   
  19.         thisthis.prevY = this.y;   
  20.     }   
  21. };     

render涵数的升级引进了1个基本drawImage以前产生的clearRect启用。针对该流程,目标必须储存前1个部位。图 6显示信息了目标对于前1个部位所采用的流程。
图 6. 消除矩形框

您能够为每一个实体线建立1个在升级流程前被启用的clear方式,完成此3D渲染处理计划方案(但本文将不容易应用clear方式)。您还能够将这个消除对策引进到PanningEntity,在路面和云实体线上加上消除,如清单 6所示。
清单 6. 包括单框消除的PanningEntity
 

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  1. var PanningEntity = function() {   
  2.     /**   
  3.      Initialization and other methods   
  4.      **/   
  5.     
  6.     /**   
  7.      * Render call to draw the panned entity   
  8.      *   
  9.      * @param {CanvasRenderingContext2D} context   
  10.      */   
  11.     this.render = function(context) {   
  12.         context.clearRect(   
  13.             this.x,   
  14.             this.y,   
  15.             context.canvas.width,   
  16.             this.height);   
  17.         context.drawImage(   
  18.             this.image,   
  19.             this.x - this.width,   
  20.             this.y - this.height);   
  21.         context.drawImage(   
  22.             this.image,   
  23.             this.x,   
  24.             this.y);   
  25.         context.drawImage(   
  26.             this.image,   
  27.             this.x + this.width,   
  28.             this.y + this.height);   
  29.     }   
  30. };  

由于PanningEntity横跨了全部视区,因此您可使用画布宽度做为消除矩形框的尺寸。假如应用此消除对策,则会为您出示已为云、小山和路面实体线界定的重绘地区。

以便进1步提升云实体线,能够将云分离出来为独立的实体线,应用它们自身的重绘地区。这样做会大幅降低在云重绘地区内要消除的显示屏室内空间量。图 7显示信息了新的重绘地区。
图 7. 具备独立重绘地区的云

单1实体线消除对策造成的处理计划方案能够处理像本例这样的分层画布手机游戏上的大多数数难题,但依然能够对它开展提升。以便找寻对于该3D渲染对策的极端化状况,大家假定球会与3角形碰撞。假如两个实体线碰撞,实体线的重绘地区就有将会产生重合,并建立1个不要想的3D渲染预制构件。另外一个消除提升,更合适于将会会碰撞的实体线,它也将有利于分层。
脏矩形框消除

若沒有单1消除对策,脏矩形框消除对策能够是1个作用强劲的取代品。您能够对有重绘地区的很多实体线应用这类消除对策,这类实体线包含聚集的颗粒系统软件,或有小行星的室内空间手机游戏。

从定义上讲,该优化算法会搜集由优化算法管理方法的全部实体线的重绘地区,并在1个消除启用中消除全部地区。以便提升提升,此消除对策还会删掉每一个单独实体线造成的反复消除启用,如清单 7所示。
清单 7.DirtyRectManager
 

XML/HTML Code拷贝內容到剪贴板
  1. var DirtyRectManager = function() {   
  2.     // Set the left and top edge to the max possible   
  3.     // (the canvas width) amd right and bottom to least-most   
  4.     
  5.     // Left and top will shrink as more entities are added   
  6.     this.left   = canvas.width;   
  7.     this.top    = canvas.height;   
  8.     
  9.     // Right and bottom will grow as more entities are added   
  10.     this.right  = 0;   
  11.     this.bottom = 0;   
  12.     
  13.     // Dirty check to avoid clearing if no entities were added   
  14.     this.isDirty = false;   
  15.     
  16.     // Other Initialization Code   
  17.     
  18.     /**   
  19.      * Other utility methods   
  20.      */   
  21.     
  22.     /**   
  23.      * Adds the dirty rect parameters and marks the area as dirty   
  24.      *    
  25.      * @param {number} x   
  26.      * @param {number} y   
  27.      * @param {number} width   
  28.      * @param {number} height   
  29.      */   
  30.     this.addDirtyRect = function(x, y, width, height) {   
  31.         // Calculate out the rectangle edges   
  32.         var left   = x;   
  33.         var right  = x + width;   
  34.         var top    = y;   
  35.         var bottom = y + height;   
  36.     
  37.         // Min of left and entity left   
  38.         this.left   = left < this.left      left   : this.left;   
  39.         // Max of right and entity right   
  40.         this.right  = right > this.right    right  : this.right;   
  41.         // Min of top and entity top   
  42.         this.top    = top < this.top        top    : this.top;   
  43.         // Max of bottom and entity bottom   
  44.         this.bottom = bottom > this.bottom  bottom : this.bottom;   
  45.     
  46.         this.isDirty = true;   
  47.     };   
  48.     
  49.     /**   
  50.      * Clears the rectangle area if the manager is dirty   
  51.      *   
  52.      * @param {CanvasRenderingContext2D} context   
  53.      */   
  54.     this.clearRect = function(context) {   
  55.         if (!this.isDirty) {   
  56.             return;   
  57.         }   
  58.     
  59.         // Clear the calculated rectangle   
  60.         context.clearRect(   
  61.             this.left,   
  62.             this.top,   
  63.             this.right - this.left,   
  64.             this.bottom - this.top);   
  65.     
  66.         // Reset base values   
  67.         this.left   = canvas.width;   
  68.         this.top    = canvas.height;   
  69.         this.right  = 0;   
  70.         this.bottom = 0;   
  71.         this.isDirty = false;   
  72.     }   
  73. };  

将脏矩形框优化算法集成化到3D渲染循环系统,这规定在开展3D渲染启用以前启用清单 7中的管理方法器。将实体线加上到管理方法器,使管理方法器能够在消除时测算消除矩形框的维度。尽管管理方法器会造成预期的提升,但依据手机游戏循环系统,管理方法器可以对于手机游戏循环系统开展提升,如图 8所示。
图 8. 互动层的重绘地区

  1.     帧 1 – 实体线在碰撞,基本上重合。
        帧 2 – 实体线重绘地区是重合的。
        帧 3 – 重绘地区重合,并被搜集到1个脏矩形框中。
        帧 4 – 脏矩形框被消除。

图 8显示信息了由对于在互动层的实体线的优化算法测算出的重绘地区。由于手机游戏在这1层上包括互动,因此脏矩形框对策足以处理互动和重合的重绘地区难题。
做为消除的重新写过

针对在稳定重绘地区中动漫的彻底不全透明实体线,可使用重新写过做为1项提升技术性。将不全透明的位图3D渲染为1个地区(默认设置的生成实际操作),这会将像素放在该地区中,不必须考虑到该地区中的初始3D渲染。这个提升清除了3D渲染启用以前所需的消除启用,由于3D渲染会遮盖原先的地区。

根据在以前的3D渲染的上方再次3D渲染图象,重新写过能够加速路面实体线。还可以根据同样的方法加速最大的层,例如情况。

根据降低每层的重绘地区,您早已合理地为层和它们所包括的实体线寻找提升对策。
完毕语

对画布开展分层是1个能够运用于全部互动式即时情景的提升对策。假如想运用分层完成提升,您必须根据剖析情景的重绘地区来考虑到情景怎样重合这些地区。1些情景是具备重合的重绘地区的结合,能够界定层,因而它们是3D渲染分层画布的优良候选。假如您必须颗粒系统软件或很多物理学目标碰撞在1起,对画布开展分层将会是1个很好的提升挑选。