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本文依据「大表姐」李阳（Cocos 引擎布道师负责人）于 2021 年 6 月 26 日举办的 ECUG Meetup 第 1 期 | 2021 音视频技术最佳实际·杭州站上的分享整顿而成。本文长达 5800 余字，次要构造如下：
- Cocos 引擎介绍
- Cocos Creator && Engine
- 基于 FFmpeg 的 Cocos Creator 视频播放器
- Cocos 的音视频播放及革新
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以下为分享注释：
大家伙，我是 Cocos 引擎布道师负责人李阳。我写了大略七年的代码，始终是做基于 Cocos 引擎的手游研发，做的可能被大家相熟的一款游戏是捕鱼达人。
我当初在 Cocos 做布道师负责人，在我看来这个职业就 是开发者的辅助师、技术的导航仪，次要是帮助用公司引擎的开发者更高效地开发出游戏，帮忙他们解决技术上的问题，提供引擎部门的反对。
一、Cocos 引擎介绍
Cocos 以「技术驱动数字内容行业效率晋升」为理念。从 2011 年成立到目前为止，在寰球有 140 万个注册开发者，注销游戏数有将近 10 万。下载 Cocos 引擎制作游戏或者 APP 的大略有 16 亿设施，包含 203 个国家和地区。
上图中是 Cocos 引擎的一些市场占有率。中国手游的占有率是 40%，中国小游戏的占有率 64%，在线教育 APP 占有率是 90%。在线教育畛域 Cocos 有专门的教育编辑器，用相似 PPT 的形式就能够开发出一个互动的游戏。
上图右边是 2020 年 5 月的一些数据，右侧的是一些游戏案例。《剑与远征》不晓得大家有没有玩过，《动物餐厅》是微信小游戏的创意游戏，用户和流水过亿级别的；《世界争霸》是一个月就研发进去的游戏，当然它的团队规模也是很大的。弹无虚发这个游戏介绍最初这个游戏，它是一个只有三个人的团队开发的，程序员只有一个。所以说，咱们的引擎和编辑器是可能十分高效并且疾速地研发出游戏来。
咱们波及的方面比拟多，包含教育、车载、数字孪生、在线展会等等。包含腾讯、华为、网易等等，都是咱们的合作伙伴，都在用 Cocos 引擎进行开发。
用 Cocos 编辑器能够进行可视化编辑，能够模块实现游戏创作，展示上的所见即所得的状态。
Cocos 编辑器能够做 2D 和 3D 游戏。针对美术工作流它还有有动画编辑器，以及粒子系统等等，通过非常简单的模块化升高了游戏开发的门槛。
上图是咱们跨平台的工作流。3ds Max、Maya 是第三方软件，用于做模型；UI 和 Animation 可视化局部能够用 cocos 编辑器去做。Code IDE 去写咱们的逻辑代码。咱们能够实现所见即所得的研发体验。
二、Cocos Creator && Engine
上图则是 Cocos Creator 引擎的架构。Game Assets 是咱们的资源，Game Logic 是咱们写的代码。前面咱们会有 Cocos Creator Engine，包含渲染、Scene Graph 以及咱们的资源和数据，还有特效、物理以及组件化，UI，最初公布到平台。上面是咱们的后端渲染，Metal 对应的是苹果，Vulkan 是在安卓平台上做渲染，WebGL 是 web 端。
Cocos 引擎目前在 2D 手游局部占的比例会比拟大，但在 3D 上咱们也有很好的体现。华为海思也帮咱们实现了 提早渲染的管线，前面我会具体介绍一下，相对来说十分的实在。
咱们的引擎局部是 100% 开源的，开源引擎就在 Github 上。在编辑器还有一个偏好设计，就是说咱们下载下来会带有一个绝对应版本的引擎。然而咱们开源的局部，你能够去改咱们的引擎，在 TS Engine 和 Native C++ Engine 上抉择本人批改引擎的门路，用可定制化的引擎去做本人想要的版本。这也是咱们更加多元性和定制化，给所有的开发者减少的接口。
我略微遍及一下纹理渲染。CPU 从内存读出数据，而后把 Vertex Data 发送到 Vertex Shader，通过剪裁再到片段着色器，通过混合和测试，最初到屏幕上，这是整个的渲染流程。
Cocos Creator Renderer 中，RenderScene 治理引擎上的所有节点，FrameGraph 是数据的依赖。咱们这边有两个 Pipeline，其中一个是 Forward，前向渲染。
前向渲染会有一个什么问题呢？它是相当线性的，并且每次将每个几何图形向下通过管道一次以生成最终图像。然而模型和模型之间有一个重合的局部，比方后面有一个模型，两头有一个模型，前面还有一个模型，但其实真正摄像机看到的局部只有第一个。然而如果成像渲染的话，我会把三个都渲染一遍，但真正到可视化的时候只有一个，前面被遮挡住局部的计算是冗余的。
而在提早渲染中，着色将提早一点，直到所有几何图形都通过管道为止，生成最终图像。当顶点数据传到顶点着色器上，走到片断着色器，它会把这些数据存到 G -Buffer 上。下一阶段再把 G-Buffer 的数据再传到顶点着色器上。这个时候，顶点着色器对 G-Buffer 数据的处理程序和上一阶段的顶点着色器程序是不一样的，是两套逻辑，它的解决数据的模式是不同的。
接下来，会到片断着色器上，片断着色器是以屏幕上的像素点为单位，只会去渲染要显示在以后像素上的图形就好了，其余被遮挡的图像并不在计算范畴之内，它就会大量节俭计算的工夫。
方才咱们讲到不同平台的渲染接口，咱们做了一个 GFX 的分装。它会把这些接口变成同样一个 API，因为咱们用 GFX 这个阶段是开发者能够看到的，然而我要公布到不同平台，如果我的 API 不同，会减少开发者的工作工夫和工作量，所以咱们把它进行了封装。在开发游戏的时候，不思考平台，都是用同样一套 API，等到去公布的时候，再去构建、去抉择要用的渲染。
这是原生局部的渲染，我讲一下 GFX Agent。GFX Agent 会传一些指令到 CPU 上，如果咱们这个队列里是 20 个命令，每一帧的时候，首先咱们要读取队列，队列里的指令要执行，而后再从队列里刨进来。
然而有时候，如果整个指令过于多的状况下，失常的话咱们是 1 秒 60 帧，这是 OK。也就是这个工夫范畴内，如果我解决不完，我以后 CPU 传给 GPU 的指令就会呈现卡顿。如果我当初一帧卡顿了，导致用了两帧的工夫才实现一次渲染，那就阐明我当初的帧曾经从 60 掉到了 30，如果我卡顿用了三帧的工夫，那我就从 60 间接掉到 20 帧（以上都是实时帧率）。
依据这个问题咱们做了 GFX Agent，就是说以后的线程咱们并非是实时处理 GPU 的编码命令，咱们这个阶段只会收集并打包这些指令，咱们会放到队列里。而后我会在执行这些指令的时候另开一条线程。
线程也是有队列的，如果当我的 CPU 来不及传一些指令到 GPU 的时候（大家必定理解，卡顿大部分是 GPU 期待 CPU 的等待时间），会引起卡顿。所以当 CPU 没有把指令传到 GPU 的时候，哪怕 GPU 没收到新的指令，然而在另外开启一个线程里，还是有货色能够被渲染的，就不会引起卡顿情况。
咱们当初的版本是 Cocos CreatorV3 版本，做了一些性能的晋升：
第一，面向古代图形接口的多后端 GFX；第二，负载平衡的多线程渲染器。当我要发布命令到某些线程的时候，会对这些线程进行检测，或者说看一下哪个线程解决的工作比拟少。这时候就会把工作放到工作比拟少的线程里，会保障每个线程的工作是相对来说差不多的，维持负载平衡的情况；第三，高度可定制的渲染管线；第四，华为奉献的高性能提早渲染管线；第五，基于挪动端 TBR&TBDR GPU 的 Memoryless 架构。
因为咱们晓得，在挪动端比拟吃硬件，比如说我的量十分大的时候，挪动端传到手机上，你可能会发现有一些发热或者说接管提早的状况。TBR 它将须要渲染的画面分成一个个的区块（tile），每个区块的坐标通过两头缓冲器以列表模式保留在零碎内存中。TBDR TBDR 渲染的一个要害是提早渲染。
三、基于 FFmpeg 的 Cocos Creator 视频播放器
上面，我讲一下基于 FFmpeg 的 Cocos Creator 视频播放器，以开心猴子为例子。咱们在教育课件上会有一些互动的游戏，互动游戏必定少不了播一些视频，这时就会有一些问题。
比如说这张图，咱们是以同样一套设计，Android、IOS、Web 上的视觉效果是不统一的。并且因为 fix top 设计的限度，我是不能应用遮罩组件限定形态的，它不反对远角的覆盖。还有场景切换时会呈现一种情况，我退出了一个场景，然而我以后存在视频组件的残影，这都是在用引擎开发游戏时遇到咱们的问题。
因而，咱们的解决思路是什么？次要是分两局部：FFmpeg 和 Web Video Element。
咱们应用 FFmpeg 去做编码，再用 OpenGL 进行渲染，公布到手机上。Android 用 Oboe 去做一屏播放，IOS 用 AudioQueue 做音频上的播放。Web，咱们利用了 Video 做元素去进行解码，用 WebGL 去做视频方面的渲染，以及用 Web Audio API 去做音视频的播放。这就是咱们整体的解决方案的思路。
这是一些音频划分。首先，会用 FFmpeg 解码音视频，对 ffplay 进行了革新，做了 AVplay。解码之后，各端接入音视频的解码，Android、IOS、Web 用的都是不同的。最初，咱们有一个 jsb 绑定视频组件接口。因为咱们整个引擎是用 js 语言，然而咱们的音频播放器是用 C++ 写，所以咱们必须通过 jsb 绑定，让 js 可能去调用其余语言的对象。
前面是音频方面的播放，我方才也讲到，Android、IOS、Web 别离用的是不同的音频播放解决。最初，咱们有一个优化与扩大，比如说边下边播、精准 seek、libyuv 代替 swscale。
对这点我略微补充一下。为什么咱们要做这样的事件，是因为如果想在咱们游戏里，用引擎播放视频的话，整个框架是迁过来的，是没有方法和咱们引擎当中的一些组件去做交互的，它也没有所谓的层级关系，我没有方法对这个视频进行操作，也没有方法通过用户这边的行为去对视频做一些互动。所以这是咱们要去基于 FFmpeg 做批改的起因。因为这样的话，是等于把咱们的 video 上的每一帧全副渲染到咱们的引擎上，所以它会有一些效率上的问题，这就是咱们为什么用 libyuv 代替 swscale 的起因。
我再说一下 AVplay 革新。咱们对 FFmpeg 的源码进行了编译之后，发现有三个可执行的程序：
- 第一，FFmpeg 用于音视频视频格式转换、视频剪接等；
- 第二，ffplay 用于播放音视频，须要依赖 SDL；
- 第三，ffprobe 用于剖析音视频流媒体数据；
它有什么问题呢？尽管它是满足了咱们对于播放音视频的需要，然而它在咱们革新当中呈现一些问题，比如说它在进行纹理缩放以及像素、格局转化的时候，效率非常低，并且它不反对 AndroidSL 文件的读取，所以咱们对这个进行了革新。
这是 AVplayer 整个革新的思维路。首先，咱们会调用一个函数去初始化所有的信息，而后去创立一个 read thread 和 refresh thread。它会创立音频、视频以及字幕的解码程序。refresh thread 是对咱们传过来的比如说视频上的图片序列、音频上的样本序列以及字幕的字符串序列进行耗费。以上是 AVPlayer 的整个架构。
这是 JSB 绑定视频组件接口。JSB 绑定的起因，是为了让 JSB 去调用 C++ 的对象以及其余的语言，因为咱们的引擎语言和视频播放器的语言不是一种，所以咱们要让他们产生一个调用关系，所以咱们对 JSB 端做一个绑定。在这里咱们还做了一个分装的类，就是 Video，这是它的 UML。
做完了 JSB 的绑定，就到了渲染的局部，就是我方才说的咱们要把视频上的每一帧都渲染到咱们的引擎上，它次要就是三个步骤：
- 第一，自定义材质，材质负责着色器程序；
- 第二，自定义 Assembler，它负责传递顶点属性；
- 第三，设置材质动静参数，比如说设置纹理、变换平移旋转缩放矩阵等。
对于自定义材质，着色器程序须要写在 effect 文件中，而 effect 被 material 应用，每个渲染组件，须要挂载 material 属性。因为视频展现，能够了解为图片帧动画渲染，因而能够间接应用 Cocos Creator 提供的 CCSprite 所用的 builtin-2d-sprite 材质。
对于自定义 Assembler，有了材质后，只须要关怀地位坐标和纹理坐标传递，即要自定义 Assembler，可参考官网文档自定义 Assembler。原生端和 Web 端世界坐标计算形式（updateWorldVerts）不一样，否则会呈现展现地位错乱问题。
对于设置材质动静参数，在视频播放器中，须要动静批改的就是纹理数据了，在挪动端，ffplay 革新后的 AVPlayer 在播放过程，通过 ITextureRenderer.render 接口调用到 void Video::setImage 办法，理论在不断更新纹理数据。
以上是基于 FFmpeg 做的革新，这是咱们革新完之后的场景（图示）。方才那个视频其实曾经是咱们渲染进去的每一帧的动画，所以它就能造成一个互动的状态。
四、Cocos 的音频播放及革新
最初，讲一下 Cocos 音视频的播放及革新。
Cocos 的音视频播放相对来说是比较简单的，IOS 是 OpenAL，Android 是 OpenSL，Web 是 WebAudio 和 DomAudio，也是分不同的平台去做的。
这是 Cocos 引擎的音频。其实在引擎当中比较简单，一个是循环播放的相似于背景音乐，还有一个是音效，比如说我发一个子弹的音效的声音。
在这边，咱们还是基于下面的例子，也是对音频在挪动端进行了轻微的革新，次要是为了替换 ffplay 程序中的 SDL 音频相干接口，次要是开启、敞开、暂停和复原等。
接下来，咱们也会在音频上退出一些 3D 的音效，反对一些支流媒体的音效平台。方才我讲到的在教育方面的利用，其实咱们在直播上也能够用咱们的 Cocos 引擎去做一些开发方面的互动游戏，今后咱们也会把更多其余场景下的游戏案例分享给大家。
以上是我的分享，谢谢！
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