優化模式--髒標記模式

理論要點

• 什麼是髒標記模式：將工做推遲到必要時進行以免沒必要要的工做。就是用一個標誌位來標記內容是否發生變化，若是沒有發生變化就直接使用緩存數據，不須要從新計算。

• 要點
  髒標識模式：當前有一組原始數據隨着時間變化而改變。由這些原始數據計算出目標數據須要耗費必定的計算量。這個時候，能夠用一個髒標識，來追蹤目前的原始數據是否與以前的原始數據保持一致，而此髒標識會在被標記的原始數據改變時改變。那麼，若這個標記沒被改變，就可使用以前緩存的目標數據，不用再重複計算。反之，若此標記已經改變，則需用新的原始數據計算目標數據。

• 使用場合
  1，原始數據轉換到目標數據會消耗不少時間，均可以考慮使用髒標記模式來節省開銷。

  2，遊戲中物體局部變換到世界變換的計算，當沒有變化時不須要每幀重複計算。(從根節點沿着它的父鏈將變換組合起來，矩陣相乘=世界變換)。還有遊戲場景圖中每幀渲染的對象，對於沒有發生變化的對象能夠沒必要從新渲染。再有咱們的文檔存檔也能夠用到，內存中就是咱們的原始數據，存盤到磁盤就是咱們的目標數據，固然不須要實時存盤。

  3，若原始數據的變化速度遠高於目標數據的使用速度，此時數據會由於隨後的修改而失效，此時就不適合使用髒標記模式。

代碼分析

1，就如上面提到的，遊戲場景中，物體運動並渲染須要知道它的世界座標，這就意味着咱們須要計算場景中全部對象的世界變換。不少對象都有很深的父鏈，父節點運動其上子節點也跟着變化，若是每一個對象都每幀從新計算世界變換，這種開銷也是很恐怖的。
下面咱們就來分析怎麼用髒標記模式來避免這種重複計算：
首先，局部座標到世界座標換算的矩陣計算不在咱們這裏的討論範圍，咱們假設它的實如今其餘什麼地方。

class Transform {
public:
    //原始變換，單位矩陣表示沒有移動、旋轉或者縮放
    static Transform origin();
    //組合父鏈中全部的局部變換獲得它的世界變換
    Transform combine(Transform& other);
}

再來一個世界變換換算過程的示意圖幫助理解計算過程，以下：

好，如今咱們有了計算世界座標的類了，接下來，咱們來定義遊戲場景中的物體類。

//每一個物體組成：網格(圖元)，座標，它的子節點
class GraphNode
{
public:
    GraphNode(Mesh* mesh):_mesh(mesh), _local(Transform::origin()) {}

private:
    Transform _local;
    Mesh* _mesh;

    GraphNode* _children[MAX_CHILDREN];
    int _numChildren;
}

這樣咱們遊戲的場景其實能夠看做是一個單一的根節點」GraphNode」對象，它的子節點(子子節點，等等)就是世界中的全部物體。

GraphNode* _graphRoot = new GraphNode(NULL);

//Add children to root graph node...
//往這個節點樹中添加子節點，即就造成了咱們的場景圖(與cocos節點樹不謀而合)

渲染整個場景，其實就是遍歷節點樹，從根節點開始，經過正確的世界變換爲每一個節點圖元調用下面的方法。

void renderMesh(Mesh* mesh, Transform transform);

咱們這裏不實現它，目的只是瞭解遊戲場景造成的大概流程。如今咱們的主要精力是看在遍歷這個節點樹計算世界變換並調用renderMesh最終渲染這個過程當中是怎麼優化的。
老套路，先來看不優化最直接的實現方式：

void GraphNode::render(Transform parentWorld)
{
    Transform world = _local.combine(parentWorld)
    if(_mesh) renderMesh(_mesh, world);

    for(int i = 0; i < _numChildren; i++)
    {
        _children[i]->render(world);
    }
}

咱們經過「parentWorld」將父節點的世界變換傳給它。這樣這個節點的世界變換就是它自己的局部變換_local與parentWorld組合了。咱們不須要回溯到父節點去從新計算，由於咱們沿着父鏈下來已經計算過了。
咱們計算節點的世界變換並保存到world中，而後若是有圖元的話，就渲染它。最後咱們遞歸進入子節點中，將當前節點的世界變換傳遞進去。總之，這是一個緊湊、簡單的遞歸調用。
爲了繪製整個場景圖，咱們從空根節點開始渲染：

_graphRoot ->render(Transform::origin());

分析下，咱們上面是正確的實現了場景圖的渲染，可是它並不高效，它每幀都在每一個節點上調用_local.combine(parentWorld)計算世界變換。

2，下面就來看看怎麼用髒標記來優化這個計算。首先咱們須要添加兩個成員到GraphNode類中。

class GraphNode
{
public:
    GraphNode(Mesh* mesh)
    :_mesh(mesh),
     _local(Transform::origin()),
     _dirty(true)
    {}

    //Other methods...

private:
    Transform _local;
    Mesh* _mesh;

    //添加的兩個成員
    Transform _world;  //緩存上次計算的世界變換
    bool _dirty;       //髒標記

    GraphNode* _children[MAX_CHILDREN];
    int _numChildren;
}

在物體移動，發生局部變換時，咱們須要設置髒標記。

//設置髒標記
void GraphNode::setTransform(Transform local)
{
    _local = local;
    _dirty = true;
}

這樣以後咱們再來看看優化後的每幀渲染接口：

void GraphNode::render(Transform parentWorld, bool dirty)
{
    dirty |= _dirty;
    if(dirty)
    {
        //清除髒標記
        _world = _local.combine(parentWorld);
        _dirty = false;
    }

    if(_mesh) renderMesh(_mesh, _world);

    //父節點變化,遞歸子節點
    for(int i = 0; i < _numChildren; i++)
    {
        _children[i]->render(_world, dirty);
    }
}

這樣修改一個節點的局部變換隻是幾條賦值語句，渲染世界時只計算了自上一幀以來最少的變更的世界變換。

好，結束~