NGUI所见即所得之深入剖析UIPanel,UIWidget,UIDrawCall底层原理

NGUI所见即所得之深入剖析UIPanel,UIWidget,UIDrawCall底层原理

By D.S.Qiu

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        之前项目中用的NGUI的版本是3.0.7 f3，开始的时候感觉没有什么问题，直达最近项目UI的完成度比较高时，就突然出现掉帧很严重的现象，即使只有一个UI打开（其他都是active = false的情况下），打开profier，发现UIPanel LateUpdate 竟然占了CPU使用率的50%左右，这太恐怖了，虽然之前看到过有吐槽NGUI的机制的，但是我觉得为了保证通用牺牲一些性能还是在所难免的，但是没想到这个版本竟然这么废。

        之前虽然研究过NGUI的UIWidget, UIDrawCall,UIGeometry和 UIPanel等基础脚本（NGUI所见即所得之UIWidget , UIGeometry & UIDrawCall，NGUI所见即所得之UIPanel），也大概清楚了NGUI的绘制原理。但对具体的逻辑还是不够清楚，有点凤毛麟角。为了更好的改进NGUI的性能以及更加规范使用NGUI，只有把NGUI的底层吃透。

        由于在之前的文章介绍了UIGeometry，UIDrawCall和UIWidget之间的关系，以及UIPanel的管理机制，所以本文主要剖析底层的原理，主要要弄清楚一下问题：

               1. transform ,大小（size)的变化的底层绘制影响

               2.颜色（包括透明度）变化的底层绘制影响

               3.enable 和 disable 状态变化底层的处理

               4.UIDrawCall 和 UIPanel 机制的细节

        未免读者理不顺，先简单说下UIGeometry，UIDrawCall和UIWidget的关系：UIWidget是UI的基础组件（UILabel,UISprite）的基类，含有组件的基本信息（width，Height，color等），UIGeometry是UIWidget的几何数据，记录了顶点坐标，贴图的UVs和颜色等信息，UIDrawCall是将多个UIWidget的UIGeometry组合起来一起绘制，具体的UIWidget如果共用一个UIDrawCall由UIPanel控制，要想了解更多可以点击上面的链接的文章查看。

        虽然从人的求知欲角度，我们的疑问是按照上面 1-4 排列的，但是下面却是从 4开始介绍，只要把4理解透了3,2,1就自然迎刃而解了。

UIDrawCall

        UIGeometry相对简单，这里就不再浪费篇幅介绍了，UIDrawCall是绘制的基础组件，还是有必要仔细介绍下。

1.成员变量

        仅对几个比较重要又搞不明白的变量进行解析：

        a)List<UIDrawCall> mActiveList 和 mInactiveList ： 为什么会有两个List，mAcitveList 保持当前激活的UIDrawCall， mInactiveList主要是用于回收UIDrawCall.Destroy()的UIDrawCall，以达到循环利用避免内存的反复申请和释放，减少GC的次数。这个机制前面介绍的 vp_Timer采用这个策略。

        b)Material mMaterial 和 mDynamicMat：不是讲究节约内存么，怎么会有两个Material，mMaterial就是我们图集的材质Material，mDynamicMat是实际采用的Material，因为UIPanel 的 Clipping有 AlphaClipp 和 SoftClip 这两个是要通过切换Shader来实现的，所以需要对应动态创建一个Material，这个就是mDynamicMat的存在。

        c)bool mRebuildMat 和 isDirty：这两者表示UIDrawCall所处的状态，当改变UIDrawCall的 Material 和 Shader ，mRebuildMat就变为 true，就会引起 RebuildMaterial()的调用。isDirty若为 true ，表示UIDrawCall要进行重写“填充”，调用Set函数

C#代码  

1. public Material baseMaterial  
2. {  
3.     get{return mMaterial;}  
4.     set  
5.     {  
6.         if (mMaterial != value)  
7.         {  
8.             mMaterial = value;  
9.             mRebuildMat = true;  
10.         }  
11.     }  
12. }  
13. public Shader shader  
14. {  
15.     get{ return mShader;}  
16.     set  
17.     {  
18.         if (mShader != value)  
19.         {  
20.             mShader = value;  
21.             mRebuildMat = true;  
22.         }  
23.     }  
24. }  

2.几个重要的函数

        a)CreateMaterial, RebuildMaterial 和 UpdateMaterial，这是三个后面包含前面，总之就是完成材质的创建或更新。

        b)Set (BetterList<Vector3> verts,BetterList<Vector3> norms,BetterList<Vector4> tans,BetterList<Vector2> uvs,BetterList<Color32> cols)，根据verts,norms,tans,uvs,cols重新构建Mesh，MeshRender

C#代码  

1. mMesh.vertices = verts.buffer;  
2. mMesh.uv = uvs.buffer;  
3. mMesh.colors32 = cols.buffer;  
4. if (norms != null) mMesh.normals = norms.buffer;  
5. if (tans != null) mMesh.tangents = tans.buffer;  

      c)OnEnable,Ondisable 和 OnDestroy：销毁了mDynamicMat，可以看出Material比Mesh更简单，不用太考虑内存问题，然后OnDestroy()没有发现调用。

C#代码  

1. void OnEnable () { mRebuildMat = true; }  
2.   
3. void OnDisable ()  
4. {  
5.     depthStart = int.MaxValue;  
6.     depthEnd = int.MinValue;  
7.     panel = null;  
8.     manager = null;  
9.     mMaterial = null;  
10.     mTexture = null;  
11.   
12.     NGUITools.DestroyImmediate(mDynamicMat);  
13.     mDynamicMat = null;  
14. }  
15.   
16. void OnDestroy ()  
17. {  
18.     NGUITools.DestroyImmediate(mMesh);  
19. }  

       d)Create , Clear 和 Destroy：Create 先从mInactiveList中取出一个，在附上属性达到重复利用，Destroy是将没用的UIDrawCall从mActiveList移到mInactiveList中：

C#代码  

1. static UIDrawCall Create (string name)  
2. {         
3.                //省略其他处理  
4.     if (mInactiveList.size > 0)  
5.     {  
6.         UIDrawCall dc = mInactiveList.Pop();  
7.         mActiveList.Add(dc);  
8.         if (name != null) dc.name = name;  
9.         NGUITools.SetActive(dc.gameObject, true);  
10.         return dc;  
11.     }  
12.                //省略其他处理  
13.     // Create the draw call  
14.     mActiveList.Add(newDC);  
15.     return newDC;  
16. }  
17. static public void Destroy (UIDrawCall dc)  
18. {  
19.     if (dc)  
20.     {  
21.         if (Application.isPlaying)  
22.         {  
23.             if (mActiveList.Remove(dc))  
24.             {  
25.                 NGUITools.SetActive(dc.gameObject, false);  
26.                 mInactiveList.Add(dc);  
27.             }  
28.         }  
29.         else  
30.         {  
31.             mActiveList.Remove(dc);  
32.             NGUITools.DestroyImmediate(dc.gameObject);  
33.         }  
34.     }  
35. }  

UIPanel

       之前就介绍过UIPanel，也画了UIPanel主要函数的调用栈（点击查看），这里也简单罗列下LateUpdate的函数调用：

 LateUpdate

      UpdateSelf

                UpdateTransformMatrix : 调整 worldToLocal 矩阵用于调整其管理的UIWidget的transform，并进一步调整顶点信息，还调整clipOffset的变量

                UpdateLayers : 更新LayerMask

                UpdateWidgets : 调整UIWidget

                            UIWidget.UpdateGeometry : 调整UIWidget的几何（顶点等）信息

                                              OnFill(geometry.verts, geometry.uvs, geometry.cols): 如果颜色（透明度）和大小等改变就重新填充顶点信息

                                              geometry.ApplyTransform : transform发生改变，调整UIGeometry中顶点的位置（矩阵计算）

                FillAllDrawCalls  or FillDrawCall : 重新构建所有UIDrawCall (当UIWdiget的depth发生变化），否则只调整有UIWidget的UIDrawCall

      UpdateDrawCalls : 调整UIPanel管理的UIDrawCall 的 transform 和 clip 等属性

      越来越觉得NGUI的代码组件结构越来越清晰，虽然篇幅很长（有1600多行）但理解还是可以很简单的。

UIWidget

       UIWidget有一个变量 mChange 和一个函数 MarkAsChange() 很重要，这两个标记UIWidget是否变化需要进行调整的状态。

                1.当 Anchor , Pivot , Alpha 以及 UILabel 和 UISprite 的一些状态的改变 mChange = true ，即会调整Geometry信息

                2.MarkAsChange 会执行 drawCall.isDirty = true; 这样就会导致其所属的 UIDrawCall 需要重写构建 

针对前面 1-3 的疑问进行如下总结：

      UIWidget（UILabel , UISprite）的任何变化（transform , drawSize , width , heigth , color , pivot ,anchor 等）变化都会引起绘制该UIWidget进行重新构建——对Mesh的顶点进行刷新，尤其是depth的变化会使得所有UIDrawCall 进行重写调整，这是非常耗性能的。

总结：

       NGUI的好处就是：合并Mesh和图集节省DrawCall，由于影响Mesh的因素太多了，所以会“牵一发而动全身”，NGUI采取的一个通用的策略，没有对不同的情况做不同的处理，都是采用某个UIDrawCall全部刷新甚至是全部UIDrawCall的刷新，这也是大家吐槽的“重中之重”。

       D.S.Qiu认为针对不用的情况还是会有不少优化的，比如改变alpha值，可以不需要重新调整顶点verts，而只需要单独调整cols的alpha通道，改变depth也不需要全部调整UIDrawCall，这样明显是没有做到严格的管理的。

       对此，D.S.Qiu提出2点使用NGUI制作UI的建议：

                1）尽量是UIWidget静动分离，即静止的尽量合成单独一个UIPanel，会变化的就放在另外一个UIPanel

                2）尽量控制UIPanel和UIDrawCall的数量，充分利用图集的空间，对“夹层”的情况可以通过图集的调整，使得UIDrawCall变得更少

        由于时间关系（马上2:30了），就只能写到这里，如果你有NGUI的任何问题，欢迎和D.S.Qiu进行交流讨论。

        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（gd.s.qiu@gmail.com)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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