簡單評論Adobe的FlashPlayer的渲染演算法

前一些時候看到CSDN上一篇文章介紹FlashPlayer的渲染效能是HTML 5的數倍文章，回想起幾年來對Adobe的FlashPlayer研究，想從理論上探究一下為什麼會有這樣的結果，同時也解釋一下針對傳統硬體加速（非GPU方案）為什麼Adobe的FlashPlayer會被批評的原因； 
早年在一家IC設計公司為一個低端平台（具有硬體3D加速）作官方的FlashPlayer的硬體加速，幾個月下來，硬體渲染引擎做好了，但最後的結果非常出人意料----- 改用硬體加速後的效能居然比軟體渲染的要差；為了解釋其中的原因，我們還是先從Adobe的FlashPlayer軟體渲染演算法原理上入手； 
事實上，FlashPlayer的2D渲染引擎使用的是最常見的掃描線演算法（Scanline演算法），及簡單的講，是以虛擬顯示設備（對於考慮抗鋸齒的情況下，虛擬顯示設備大於實際顯示設備，如4 x 4抗鋸齒，虛擬顯示設備的縱向是實際顯示設備的4倍）每條掃描線計算和向量圖形的各邊（Edge）的交點，並根據不同的填充法則填充兩個交點間的水平線；這樣隨著掃描線自上而下逐條計算完成後，在虛擬顯示設備中即完成了一幅完整圖形的構成，然後，再根據超採樣算法，將虛擬顯示設備上的圖形輸出到實際顯示設備上，這樣，在實際顯示設備上即得到一幅完美的無鋸齒的圖形；以一定的速率重複以上動作，及可以得到連續的動畫；FlashPlayer通過解析流式的swf文件，並且以指定的速度更新畫面完成動畫的播放，因此，我們已經有些簡單的結論： 
l  向量運算是一個工程浩大的計算；這也解釋了為什麼FlashPlayer在多數平台上存在的效能問題；非常遺憾的是，目前即時2D向量圖形播放軟體似乎只有FlashPlayer，所以這個黑鍋是沒辦法了； 
l  為什麼高畫質的顯示效能要較低畫質的差很多；因為在高畫質下，FlashPlayer是使用的4 x 4的超採樣抗鋸齒，及表示透過掃描線計算交點的計算量是低畫質的4倍； 
（關於2D向量圖形顯示，參考我之前的資源：http://download.csdn. net/source/5773340） 
在實際的2D向量引擎中，問題往往更為複雜，在考慮Cap和Join後，實際即使是一根很簡單的折線或Bezier曲線都是由很多的曲線構成的（如圖折線的兩個端點---- Cap）： 

這樣可以理解為什麼現在為止鮮有可以和Adobe FlashPlayer相抗衡的實時2D矢量顯示程序了，這是不是有些矛盾：為什麼Adobe的FlashPlayer會一枝獨秀呢？以上只是關於2D向量圖形顯示的原理性解釋，其他2D向量顯示引擎，如OpenVG（gingkoVG）、agg等使用的是完全相同的原理，Adobe的FlashPlayer相對通用的2D向量顯示引擎一定有他自己特殊的定義，仔細閱讀Adobe關於FlashPlayer的官方技術檔（swf_file_format_spec_v10），我們很快就發現了兩處很有趣的說明： 
l  FlashPlayer只支援2階的貝塞爾曲線（Quadratic Bezier），而不支援類似PostScript和OpenVG等傳統2D向量引擎所使用的3階貝塞爾曲線（Cubic Bezier）； 


相對2階Beizer曲線，3階貝塞爾曲線單獨一條在計算交點是增加的計算量似乎不大：多了幾次乘法運算；但在多數CPU體系中乘除法運算所消耗的時間會大於加減法，尤其在非常大的運算量下，其累積的差異就更大了； 
l  在Adobe的官方文件中明確註明FlashPlayer不支援點劃線（Dash） 


為什麼不支援Dash呢？事實上在向量圖形顯示中，除了曲線和掃描線交點的計算外，最困難的是計算曲線的長度，Dash的顯示必須依賴事先的曲線長度的計算；在實現gingkoVG時，不包含Dash功能的曲線顯示其顯示效能是使用Dash的4倍； 
l  僅此而已嗎？並不是，不過即使以上的約束，其顯示效能已經「被提升」了數倍。在Adobe的FlashPlayer中，針對渲染同時使用了其他的一些最佳化演算法，當然這些最佳化演算法作為通用最佳化技術在多數2D向量引擎中也會被使用；（參考：http://download.csdn.net/source /1998019） 
非常遺憾的是多數2D向量引擎因為需要考慮通用性，都會支援3階貝塞爾曲線和點劃線，甚至是圓弧（OpenVG），這樣從演算法層面我們不難理解為什麼那些使用標準2D渲染引擎（如gnash使用了agg）的開源FlashPlayer無法和Adobe的FlashPlayer的執行效能相比較了----- 因為FlashPlayer的2D渲染引擎是針對Flash播放的實時性的需要量身定做的；當然，Adobe的FlashPlayer除了這些外，在程式的最佳化上有很多高明之處，這些不是我們這裡需要討論的； 
事情似乎就此可以告一段落了，但隨著對FlashPlayer的深入研究，我們發現了一些更深入的問題----- 及Adobe的FlashPlayer被廣為批評的硬體加速性能差的原因；在不考慮針對特殊GPU的硬體加速，我們只考慮標準硬體加速方式（OpenGL ES/OpenVG）來解釋這個問題；Adobe的FlashPlayer在誕生時，那時還沒有通用的2D向量顯示標準（如OpenVG），其針對軟體渲染的2D向量圖形顯示可謂是亮點，在經過十幾年的發展和優化，Adobe的2D軟體向量渲染引擎可謂已經發展到盡善盡美了，這也可以解釋為什麼自FlashPlayer 4到FlashPlayer 8其渲染引擎一直沒有太大的變化，也可以解釋為什麼Adobe FlashPlayer軟體渲染的效能甚至會好於使用低階硬體加速的效能了；但，成也蕭何敗也蕭何，過於完美的標準和演算法阻礙了使用標準硬體加速的可能（針對特殊GPU的硬體加速，因為其靈活性不在我們的考慮中），我們繼續仔細研究Adobe的官方文件，我們注意到，關於填充法則FlashPlayer相對傳統的2D向量引擎有不同之處：傳統的2D向量引擎（如OpenVG/gingkoVG）有兩種填充法則：奇偶填充法則（Even-odd fill rule）和非零填充法則（Non-zero fill rule），而Adobe的FlashPlayer又增加了邊填充法則（ Edge-edge fill rule），及多數2D向量引擎針對每個Shape/Object使用單一的著色方式（RColor），而在邊邊填充法則中，一條邊根據左右不同可以分別擁有兩種不同的著色方式（ color1/color2），當然Adobe這樣做的原因是增加了軟體渲染的靈活性，如在兩個Shape相交時對於相交部分允許使用不同的著色方式，如圖： 


遺憾的是這樣在使用標準當圖形加速引擎時（OpenVG/OpenGL）會為我們帶來困惑：即針對一個Shape我們可能會有不同的著色方式，這似乎是有悖於多數2D向量引擎；儘管針對邊邊填充法則我們可以視作是兩個不同奇偶填充法則，但考慮到針對每條邊因此可能隨時變化的填充法則，具有單一Color的Shape的重新確認並非那麼容易，尤其對於由曲線構成的Shape。不過這個問題相對2D向量圖形渲染並不是很麻煩，但我們因此可以發現針對現在多數傳統2D向量引擎，Adobe FlashPlayer似乎並不「友善」 ----- 程式設計師必須小心編寫一個中間層來解決這些問題，這並非是Adobe的錯誤：在FlashPlayer誕生時這些2D向量顯示標準（OpenVG）還沒有出現； 只是非常可惜的是Adobe的FlashPlayer並非開源程式（Adobe FlashPlayer的AVM2已經開源），因此，我們必須耐心等待Adobe為我們去做這些，除非我們不准備使用官方的FlashPlayer； 
（我們自己使用OpenVG的FlashPlayer）