Cocos2d-x 3.x中关于自动材质合并的应用
今天我们主要来深入学习一下Cocos2d-x 3.x中有关自动材质合并的应用问题，对于这方面还不太清楚的开发者可以重点关注。
1. OpenGL的渲染
要理解自动材质合并，就需要先了解它的实现原理。关于OpenGL的管线渲染，网络上有大量的资料，这里就不详细展开了。我们主要关注与自动材质合并概念相关的两个关键点：顶点着色器与片段着色器。这两者的具体作用在很多资料中都能查到，这里不再赘述。
实际上，自动材质合并的核心在于省略上传材质的步骤，仅上传顶点坐标。通过这种方式，可以减少大量材质上传到寄存器时的IO消耗，从而达到渲染优化的目的。
2. Cocos2d-x的自动材质合并实现方式
其大体实现理论是通过相关材质合并（通常使用TexturePacker进行图片合并操作）以及显示对象的图层管理来实现的。
在CCRenderer文件的Renderer::drawBatchedTriangles()方法中有如下代码：
for(const auto& cmd : _batchedCommands)
{
auto newMaterialID = cmd->getMaterialID();
if(_lastMaterialID != newMaterialID || newMaterialID == MATERIAL_ID_DO_NOT_BATCH)
{
// Draw quads
if(indexToDraw > 0)
{
glDrawElements(GL_TRIANGLES, (GLsizei) indexToDraw, GL_UNSIGNED_SHORT, (GLvoid*) (startIndex*sizeof(_indices[0])) );
_drawnBatches++;
_drawnVertices += indexToDraw;
startIndex += indexToDraw;
indexToDraw = 0;
}
// Use new material
cmd->useMaterial();
_lastMaterialID = newMaterialID;
}
indexToDraw += cmd->getIndexCount();
}
这段代码的逻辑较为清晰。它会判断当前命令的材质ID与上一次提交的材质ID是否相同。如果相同，则不会重复进行材质提交；如果不同，则会将新材质ID对应的材质提交到GPU的材质寄存器，以供后续的渲染操作使用。
由此我们可以总结出，这种优化方式的原理很简单：如果相邻的两个渲染对象使用的是相同的材质，那么在渲染时，只有第一个使用该材质的对象会向GPU提交材质到寄存器，后续相邻的使用相同材质的对象将不再进行材质提交过程。
3. 示例
下面通过一个具体例子来说明自动材质合并的优化效果。如下图所示，我们对角色对象进行优化设计。
在程序中，每个角色对象所使用的动画材质可能不同。因此，我们将角色对象单独放入一个显示容器中，这个容器只存放角色对象。同时，我们把角色名字统一放入另一个专门的容器中，这样所有的角色名字就形成了一个材质批次关系。另外，角色脚下的阴影可以放入第三个容器中，这样所有角色的脚下阴影就可以合并成一个批次进行处理。
假设我们有10个不同形象的角色，如果采用原始方式，将每个角色的所有元素都放入一个容器中，那么每个角色会产生3个批次，10个角色总共会有30个批次。
而按照优化后的层级进行填充，每个角色独特的角色动画会产生10个批次，角色名称形成1个批次，角色阴影形成1个批次，总计只有12个批次。
由此可见，这种优化方式非常简单，只需要对容器关系进行简单调整即可。
4. 更复杂的优化
实际上，我们还可以实现更加个性化的优化，这就需要我们自行编写一个新的Shader。
例如，对于角色对象，我们为其赋予一个专门的角色对象Shader，并且让容器中只存在使用这种新型Shader的角色对象。
在这个Shader中，我们可以不再每次只使用一个材质寄存器，而是使用最小提供的8个材质寄存器。每次只更新必须更新的材质寄存器，这样就能实现一个更复杂且更符合我们需求的优化方案。