在一个场景中渲染多个对象 DirectX C#

Question

我对 directX 并不是真的不了解，但我会尽力解释。 首先，我有多个模型对象（带有顶点数据的自定义对象）。目前，我的代码（见下文）可以使用该模型的 vertexBuffer 和 indexBuffer 在场景中渲染单个模型。我想做的是给定一系列模型。将它们全部渲染在一个场景中。这是我当前的代码：

    private void Render()
    {
        device.Clear(ClearFlags.Target | ClearFlags.ZBuffer, Color.White, 1.0f, 0);
        device.BeginScene();

        float x = (float)Math.Cos(0);
        float z = (float)Math.Sin(0);
        device.Transform.Projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4, this.Width / this.Height, 1f, 50f);
        device.Transform.View = Matrix.LookAtLH(new Vector3(x, 6, z), new Vector3(0, 0, 0), new Vector3(0, 1, 0));
        device.RenderState.Lighting = true;
        device.Lights[0].Type = LightType.Directional;
        device.Lights[0].Diffuse = Color.White;
        device.Lights[0].Direction = new Vector3(-x, -6, -z);
        device.Lights[0].Position = new Vector3(x, 6, z);
        device.Lights[0].Enabled = true;

        device.Transform.World = model.transform;

        device.VertexFormat = CustomVertex.PositionNormalColored.Format;
        device.SetStreamSource(0, vertexBuffer, 0);
        device.Indices = indexBuffer;

        device.DrawIndexedPrimitives(PrimitiveType.TriangleList, 0, 0, model.getVertices().Length, 0, model.getIndices().Length / 3);

        device.EndScene();
        device.Present();
    }

    public void RenderModel(Model model)
    {
        this.model = model;
        vertexBuffer = new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionNormalColored), model.getVertices().Length,
                                    device, Usage.Dynamic | Usage.WriteOnly, CustomVertex.PositionNormalColored.Format, Pool.Default);
        vertexBuffer.SetData(model.getVertices(), 0, LockFlags.None);

        indexBuffer = new IndexBuffer(typeof(ushort), model.getIndices().Length, device, Usage.WriteOnly, Pool.Default);
        indexBuffer.SetData(model.getIndices(), 0, LockFlags.None);

        Render();
    }

Answer 1

tl;博士;

您可以简单地循环调用RenderModel。不过，为了获得更好的性能，您可能希望按更新频率对操作进行排序，始终处理不需要的资源并且不要保留相同数据的多个副本 em>。

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好吧，使用您的设置渲染多个对象的简单方法如下所示：

foreach (var model in models)
{
    RenderModel(model);
}

我说天真，因为有很多事情我会先解决。

提高性能

实时 3D 应用程序都与良好的性能有关。为了实现它，您必须非常小心执行昂贵任务的频率。例如，当您正在创建一个新的顶点和索引缓冲区时，每次都会调用RenderModel 方法。 （我想这会发生在每一帧？）此外，效果状态（如视图/投影矩阵和照明）将为每个模型单独设置，即使它们可能在整个帧中保持相同。

按更新频率区分效果状态。

确定昂贵的操作（设置/创建着色器、常量、缓冲区；大致上任何使用 GraphicsDevice 的操作）并考虑它们需要多久更改一次。为了获得最佳性能，请不要更频繁地执行此操作。例子：

• 网格的顶点缓冲区：如果网格不是动态的并且顶点在一段时间内不会改变（或根本不改变），那么顶点缓冲区将始终包含相同的数据。当您加载网格然后一遍又一遍地重用它时，创建它就足够了。 （也适用于索引缓冲区。）（更新频率：每级一次）

• 设置光照、视图和投影矩阵：光照通常在一帧中保持不变。相机矩阵也是如此。在帧的开头设置一次，你就完成了。 （更新频率：每帧一次）

• 绑定纹理：通常场景中有不同的材质，与各个模型相关联。大多数情况下，材质属于多个对象（因为您将它们的纹理组合在一个大纹理贴图中）。因此，为所有使用它的网格绑定一次这些纹理和常量将节省最多的 GPU 容量。 （更新频率：每种材料一次）

• 绑定顶点和索引缓冲区：顶点和索引数据对于网格来说通常是唯一的。因此，如果您的场景中有多个网格，则在完成一个网格后立即在设备上切换缓冲区是不可避免的。 （更新频率：每个网格一次）

• 设置世界矩阵：您的效果状态已设置，并且网格数据已绑定到设备。你终于可以画出你的对象了。所以你设置世界矩阵并调用设备的绘制方法。但是等等，你想在场景的其他地方再复制一份网格吗？现在是最好的时机。只需绑定另一个世界矩阵并再次绘制。您刚刚在设备上绘制了两个状态变化最小的对象。完美！¹（更新频率：每个网格实例一次）

¹_{如果您真的需要在场景中大量复制相同网格的副本，我建议您查看Hardware instancing，从Direc3D 9.}

处理不再需要的资源。

通常垃圾收集器会处理您的旧对象，并且它在这方面真的做得很好。但在这里，您使用的是 unmanged 资源。它们被称为非托管的，因为它们不受 CLR 管理，因此不受垃圾回收的影响。

为什么要打扰你？

保留这些对象可能会导致内存泄漏。您的内存中会充斥着不需要的资源，从而导致性能下降。²

.NET 为使用非托管资源的类提供了一个接口，称为IDisposable 接口。它公开了一个Disposable 方法，应该从中释放非托管资源。您只需在使用完对象后立即调用该方法。

if (myTexture != null)
    myTexture.Dispose();

例如，在您的情况下，您每帧创建一个新的顶点和索引缓冲区。在用新缓冲区覆盖它们并且旧缓冲区消失之前，您绝对应该处置它们。 （更不用说，您不应该如此频繁地创建它们。）只要看看一些 Direct3D 类，您就会发现它们中的大多数都实现了 IDisposable。

²_{据我了解，这实际上并没有那么糟糕。正确实现 IDisposable 通常意味着类有一个析构函数，只要对象被垃圾回收，它就会调用Dispose。不过，由于您无法知道何时进行垃圾回收，因此一般建议还是手动处置 Disposable 对象。}

不要保留相同数据的多个副本。

目前您可能正在将顶点和索引存储在数组中。创建缓冲区时，基本上是在创建数据的副本。正如我之前提到的：顶点和索引缓冲区可以为每个网格创建一次。所以当你这样做时，将顶点和索引写入缓冲区，然后只保留它们。您的模型类当然会略有变化：

public class Model
{
    public VertexBuffer Vertices { get; private set; }
    public IndexBuffer Indices { get; private set; }
}

如果您不需要直接访问顶点和索引，这将是一个更好的解决方案。

_{我知道，这是一个小步骤，但我认为意识到这一点是件好事。}

伪代码渲染方法

public void RenderFrame(Model[] models)
{
    // Per frame
    Bind(View);
    Bind(Projection);
    BindLighting();

    // Per effect
    BindEffect();

    foreach (var material in GetMaterials(models))
    {
        // Per material
        Bind(material.Color);
        Bind(material.DiffuseMap);

        foreach (var model in GetModelsByMaterial(material, models))
        {
            // Per mesh
            Bind(model.VertexBuffer);
            Bind(model.IndexBuffer);

            foreach (var instance in model.Instances)
            {
                // Per instance
                Bind(instance.World);

                // Draw the instance
                Draw();
            }
        }
    }
}

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_{免责声明：我使用 Direct3D 9 (XNA) 仅几个月。我写的大部分内容都应该适用于 D3D9 和 Direct3D 10/11，这是我迄今为止更熟悉的。}