cocos2d-x v3における、Zオーダーとオートバッチの関係

cocos2d-x v3から、ドローコールのオートバッチ機能が追加されました。
これによりSpriteBatchNodeを使わなくてもドローコールを纏められるようになり、
ドローコールを意識しなくてもパフォーマンスが良くなるようになりました。
そのため、ヒエラルキーに制限が生じてしまうSpriteBatchNodeを使うことは非推奨となりました。

しかしながら、このオートバッチの仕組みを知らないとドローが増えることに直結します。
特にスマホでは、数十程度のドローに抑えないとパフォーマンスが悪化します。

そこでcocos2d-x v3における、ドローコールの発行の流れ、オートバッチの仕組み、そしてZオーダーとの関係について説明したいと思います。
（質問・ツッコミ大歓迎です）

ドローコール発行の流れ

ドローコールが発行されるまでに以下のような流れになります。

1. Sceneから子を深さ優先で探索する
2. 各Nodeでドローコールを発行するコマンドをレンダラーキューに貯める
3. レンダラーキューを、後述するグローバルZに従ってソートする
4. 前後のドローコールでオートバッチを試みる
5. ドローコール発行してドロー

2系までは(2)の時点でドローコールが発行されてたので、オートバッチ機能のために一旦溜めるようになった形だと思います。

そして、肝になるのは、(3)のソートの方法と、(4)のオートバッチされるために必要な条件です。

オートバッチに必要な条件

ドローコールがバッチされるためには、おおまかに以下の条件を満たす必要があります。

• テクスチャが同一
• BlendFuncが同一

他にも若干細かい話がありますが、基本的には上の条件を満たしてるドローコールが連続していればバッチされます。

2種類のZオーダーと描画順

あとはオートバッチされるべきドローコールを、いかに連続して送り込むかです。
ここでは、レンダラーがキューを以下にソートするかについて説明します。

まず、v3からは既存のローカルZの他にグローバルZという概念が導入されました。
グローバルZのおかげでエフェクトなどをヒエラルキーに依存しないで描画順を指定できるようになりました。

しかしながら逆にZオーダーの指定方法が2種類あるために、実際の描画順が分かりづらくなっています。
そこでまず、グローバルZと描画順の関係について解説したあと、ローカルZと描画順の関係について解説します。

レンダラーキューにおけるソート

ローカルZとグローバルZが混在するなかで、レンダラーキューは以下のようにドローコールをソートします。
（前提として、それぞれのZはデフォルト0です）

1. ドローコールのグローバルZが負、0、正の3つグループに分ける
2. グローバルZが負と正のグループについては、昇順にソートする
3. グローバルZが0のグループについては、ソートしない（デフォルトはこれ）
4. グローバルZが負、0、正の順に結合（したように見せる）

このように、グローバルZを指定したNodeについては、ヒエラルキーに関係なく、（グループ分けがあるものの）小さい順に描画されます。

ローカルZとドローコールの発行順の関係

前述のように、グローバルZが0、つまりデフォルトの指定ではドローコールはソートされません。
つまりレンダラーキューに追加された順にドローコールが溜まっています。

それではどういう順番でドローコールがキューに追加されているかというと、これまた最初に説明した通り深さ優先探索ですが、若干説明を端折っていますのでここで詳しく説明します。

まずSceneオブジェクトをルートとし、そこから深さ優先探索しますが、探索順序に関してはローカルZが深く影響していきます。

まず、ドローコールをキューに追加しているのはNode::visitメソッドですが、これは以下のようなアルゴリズムになっています。

1. （必要に応じて）自身の子をローカルZの昇順でソートする。（ローカルZが同じ場合は、子に追加した順）
2. ローカルZが負のものについて、値が小さいものからvisitを呼ぶ
3. 自身のドローコールを発行する
4. ローカルZが0以上の子について、順にvisitを呼ぶ

ローカルZが負の場合が若干ややこしいですが、基本的には深さ優先探索と思って構わないと思います。

ポイント

• グローバルZが0以外のドローコールは昇順ソートだが、破壊的なので同じグローバルZの場合のドローコールの発行順は不透明
  • オートバッチの条件を満たさないドローコールを同じグローバルZで指定すると、ドローが増える可能性あり
• デフォルトはグローバルZが0なので、ソートされない
  • ヒエラルキーとローカルZが大事
  • ローカルZが負のNodeが、自身のドローコールより優先されるのに注意

オートバッチの対象外となるNode

幾つかの特殊ノードについては、オートバッチの対象とならずに、独自のドローを行います。
これらを使う際は、Zオーダーやヒエラルキーに注意しましょう。

• LayerColor
• TextureAtlas
  • Label
• ProgressTimer
• DrawNode
• MotionStreak
• ClippingNode
• …

例

例1

同じテクスチャのSpriteであるAとBの間に、同じテクスチャのProgressTimerであるCを挟んだ。
↓
AとBはバッチされません。

例2

同じテクスチャのLabelを並べた。
↓
バッチされません。（回避不可能）

簡単な問題

ここで簡単な問題を出してみたいと思います。

問題

解

(汚くてすいません・・・)

余談

将来的にレンダラーはマルチスレッドになる計画です。

参考

• 本家Wiki
• ソース