LBS 开发微课堂｜Polyline绘制优化：效果更丰富，性能更佳！

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“位置服务（LBS）开发微课堂”

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第一期的主题是

《Polyline 绘制优化升级》

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Polyline（线段）绘制，作为地图绘制的基础，凝聚着工程师们的巧思与智慧。百度地图开放平台持续对地图 SDK 的 Polyline 绘制技术进行优化，努力为开发者提供更好的开发体验。

百度地图最新版本的地图 SDK 在基础性能、渲染效果以及场景化应用等方面都有了明显的突破，让地图绘制更流畅，绘制效果更丰富。

（向上发光效果呈现出的围栏视觉效果）

（司乘同显：乘客端小车平滑移动效果）

今天，让我们一起来看看这些技术提升背后的秘密，体验一下百度地图在 Polyline 绘制方面的过人之处吧！

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1 Polyline渲染优化

新版地图 SDK 的 Polyline 绘制功能采用了记录法向量的方式，有效解决了线宽变化导致的顶点数据重复计算的问题，使得开发者在调用相关功能进行开发时，能够显著降低CPU的占用率。

1.1 顶点数据优化方案

旧版 SDK：在线的每一段的顶点处，垂直当前线段做垂线，再沿垂线各取二分为一线宽长度计算出上下两个顶点的位置坐标。

新版 SDK：在线的每一段的顶点处，垂直当前线段做两个相反方向的射线，记录顶点位置点及射线的方向向量，绘制时传入线宽。

以两个点的线段为例：

旧版本（图 1）在 CPU 阶段根据线宽计算顶点位置 a1、a2、b1、b2 和纹理坐标 st 。

新版本（图 2）中直接记录原始 A、B 和 an1、an2、bn1、bn2 方向信息。

顶点偏移量计算 delta= an1*lineWidth*线宽缩放比例，等同于 shader 中的 vec4 delta= vec4(a_normal.xy * u_line_width * v_direction, 0, 0) 。

线宽缩放比例在正常直线时为 1，拐角连接处根据拐角类型（jointype）计算需要的缩放比例。比如：圆角为 1，尖角为向量 AB 的法向量与 AB、BC 法向量相加的向量的点乘结果（有最大值限制）。

1.2 顶点数据差异对比

图 3（旧版本）

图 4（新版本）

旧版中（图 3）：a_position 中 xyz 代表位置，a_texCoord 中 st 代表纹理坐标。

新版中（图 4）：a_position 中 xyz 代表位置，w 代表累计长度（纹理坐标及 Track 动画时使用）；射线方向向量在 a_nomal 中，xy 代表法向量，z 的正负代表法向量的正逆，用于纹理计算；z 的绝对值代表线宽缩放比例，用于顶点偏移量计算。

1.3 Shader数据处理实现

图 5（ 旧版本）

图 6（ 新版本）

旧版中（图 5）：gl_Position 数据由传入的顶点数据经过 MVP 矩阵转化后得到；纹理坐标直接传递给片段着色器。

新版中（图 6）：gl_Position 数据由传入的顶点数据+线宽对应的顶点偏移量计算后再经过 MVP 矩阵转化后得到；纹理坐标也在顶点着色器 Shader 中计算后传递给片段着色器。

gl_Position 根据线宽在顶点着色器 Shader 中计算：

// 线宽缩放比例，直线时为1，拐角处根据拐角类型计算得出

float v_direction = abs(a_normal.z);

// 线宽对应的顶点偏移

vec4 delta= vec4(a_normal.xy * u_line_width * v_direction, 0, 0);

gl_Position = u_MVPMatrix * vec4(a_position.xyz, 1) + u_MVPMatrix * delta;

纹理坐标在顶点着色器 Shader 中计算（以repeat方式为例）：

float s = 0.5 + a_normal.z * 0.5;

// u_gl_to_pixel不同地图缩放层级的坐标像素比例

// u_tex_height0为纹理高度

float t = a_position.w * u_gl_to_pixel / u_tex_height0;

v_tex_coord0 = vec2(s, t);

另外还内置其他纹理坐标计算方式：拉伸中间部分，纹理整数倍平铺、0~0.5 部分拉伸、单纹理拉伸、纹理等比缩放等。

路线走过擦除、置灰场景，走过和未走过路线样式的处理，是根据顶点着色器 Shader 中传递的累计长度（v_acculength）在片段着色器 Shader 中控制并渲染。

v_accuLength = a_position.w;

if (v_accuLength >= u_progressLength) { // progress forward

gl_FragColor = u_color1;

} else { // progress backward

gl_FragColor = u_color0;

}

1.4 性能对比

同等 26,050 个点数据路线绘制（乌鲁木齐-深圳），新旧版本性能对比，可以看到 CPU 占用率下降超 50%，GPU 性能没有明显改变。

图 7（旧版本）

图 8（新版本）

2 发光效果优化

2.1 性能优化

得益于顶点数据优化方案，新版的Polyline绘制实现了发光与非发光效果的顶点数据共享同一份数据Buffer，开发者在调用相关功能的过程中，可以显著降低内存的占用量。

2.2 模糊发光

旧版的发光效果逻辑中，需要用到离屏渲染，绘制比原polyline宽度更宽的线，然后进行多次模糊处理，生成一张模糊图片绘制到原来的Polyline下方，实现发光效果。所以旧版SDK的发光效果就需要两倍的时间、空间去计算和储存点信息，还要离屏渲染，不仅要申请额外的帧缓冲空间，多次模糊的处理还增加了GPU的耗时时间。

针对模糊效果的离屏渲染问题，我们在新版SDK的Shader中采用了模糊函数进行替代，避免了相关问题。模糊程度可通过系数灵活控制。

代码片段：

if (uniforms.u_bloom == 1) {

// 透明度渐变发光

// uniforms.u_speed衰减速度

weight = pow(weight, uniforms.u_speed);

} else if (uniforms.u_bloom == 2) {

// 模糊发光

// uniforms.u_times代表模糊程度

// r = 根号2 = 1.414，σ为 r/3 = 0.471

// 2.0*σ方 = 2.0 * 0.471 * 0.471 =  0.443682

weight = 1.0 - exp( - (weight * weight ) / float(uniforms.u_times) * 0.443682);

}

新、旧版模糊发光效果对比：

2.3 发光方向

通过记录方向向量的方案，发光效果拥有了更多的自由度：新版SDK的发光效果不仅可以实现正常的向两侧发光，还支持单侧发光和向上发光。Polygon边线、Circle的边线、弧线、大地曲线也采用了类似Polyline的处理技术。

多方向发光效果：

图 11 线段

图 12 圆边线

图 13 Polygon 边线

2.4 参数接口

Polyline的发光效果功能为开发者提供了高度灵活且可配置的参数接口，从而可以实现更加丰富和吸引人的用户体验，助力开发者打造出更具竞争力的应用。

渐变线多方向不同发光参数动态更新效果：

3 Track 动画

3.1 场景分析

在司乘同显场景中，旧版 SDK 在司乘同显组件中对路线和小车数据进行绑路计算，每次动画结束需要更新 Polyline 的点数据集，每次更新变化就会产生大量的计算。然而大部分的情况下整体路线信息是没有变化的，只是随着行程进度进行路线擦除或置灰。类似的还有轨迹回放，小车平滑移动等场景。为了解决以上问题，Polyline绘制引入了Track 动画。

3.2 Track 动画

在新版 SDK 中，Polyline 新增的 Track 动画能力，可以根据行程进度对路线进行动画处理；除了按进度进行动画，还内置了绑路逻辑，开发者可以直接传入小车行进的位置和方向信息，由 SDK 自动绑路后进行动画；另外除了正常（Nomal）样式，还新增了走过和未走过路线样式，实现 Polyline 走过和未走过路线的自定义绘制。对比旧版的 BMKTraceOverlay，在性能、效果、易用性和灵活性方面都有较大提升。

历史轨迹回放：

图 15

走过路线擦除：

图 16

新旧版本特性对照：

新版效果将于 9 月份在官网发布的 Android 地图 SDK V7.6.3 和 iOS 地图 SDK V6.6.3 版本中呈现，敬请期待！