面试题：Objective-C中复杂动画状态机的设计与性能考量

Question

假设你要开发一个游戏角色的动画系统，该角色有多种动画状态（如行走、跳跃、攻击等），且状态之间需要平滑过渡。请阐述如何使用Objective-C设计一个状态机来管理这些复杂动画，同时说明在实现过程中，怎样从内存管理、渲染等方面进行性能优化。

Answer 1

一、设计状态机

1. 定义动画状态枚举：

   typedef NS_ENUM(NSUInteger, CharacterAnimationState) {
       CharacterAnimationStateIdle,
       CharacterAnimationStateWalking,
       CharacterAnimationStateJumping,
       CharacterAnimationStateAttacking
   };
   

2. 创建状态机类：

   @interface CharacterAnimationStateMachine : NSObject
   @property (nonatomic, assign) CharacterAnimationState currentState;
   - (void)transitionToState:(CharacterAnimationState)newState;
   @end
   
   @implementation CharacterAnimationStateMachine
   - (void)transitionToState:(CharacterAnimationState)newState {
       if (self.currentState != newState) {
           // 在这里处理状态过渡逻辑，比如播放过渡动画等
           self.currentState = newState;
       }
   }
   @end
   

3. 关联动画： 可以为每个状态定义对应的动画方法，例如：

   @interface Character : NSObject
   @property (nonatomic, strong) CharacterAnimationStateMachine *stateMachine;
   - (void)playAnimationForState:(CharacterAnimationState)state;
   @end
   
   @implementation Character
   - (void)playAnimationForState:(CharacterAnimationState)state {
       switch (state) {
           case CharacterAnimationStateIdle:
               // 播放闲置动画逻辑
               break;
           case CharacterAnimationStateWalking:
               // 播放行走动画逻辑
               break;
           case CharacterAnimationStateJumping:
               // 播放跳跃动画逻辑
               break;
           case CharacterAnimationStateAttacking:
               // 播放攻击动画逻辑
               break;
       }
   }
   @end
   

二、性能优化

1. 内存管理：
   • 使用ARC（自动引用计数）：在Objective - C项目中启用ARC，让编译器自动管理对象的内存，减少手动管理内存时可能出现的内存泄漏和悬空指针问题。
   • 动画资源管理：对于动画资源（如纹理、模型等），采用缓存机制。例如，使用NSCache来缓存已经加载的动画资源，避免重复加载相同的资源，减少内存占用。当内存紧张时，NSCache会自动释放一些缓存对象。
   • 避免循环引用：在状态机和相关对象之间，确保不存在循环引用。比如，如果状态机持有一个角色对象，而角色对象又持有状态机，这会导致内存泄漏。通过合理使用weak或unsafe_unretained修饰符来打破循环引用。
2. 渲染优化：
   • 批处理：将多个动画状态中相同类型的渲染对象（如相同材质的模型）进行批处理。这样可以减少渲染调用次数，提高渲染效率。在OpenGL ES等图形库中，可以使用顶点数组对象（VAO）和顶点缓冲对象（VBO）来实现批处理。
   • 优化动画数据：对动画数据进行压缩和优化。例如，减少关键帧的数量，在不影响动画效果的前提下，降低动画数据的大小，从而减少渲染时的数据传输量。
   • 视锥体裁剪：只渲染在视锥体范围内的角色动画。通过计算角色是否在视锥体范围内，如果不在，则不进行渲染，减少不必要的渲染开销。可以使用OpenGL ES的投影矩阵和模型视图矩阵来进行视锥体裁剪的计算。