对于 OpenGL ES 2.0 中的任意数量的转换，您在哪里计算模型和视图矩阵？

Question

我正在使用 OpenGL ES 2.0 编写一个小型 2D 游戏引擎。它可以工作，但对于中等规模的场景，目前感觉有点迟钝。我将它设计成每个游戏对象都是一棵节点树，每个节点都是原始形状（三角形、正方形、圆形）。每个节点都可以在创建时和运行时应用任意一组转换。

为了说明，“头”节点是一个圆，它有一个子“帽子”节点，它是一个三角形，通过平移变换将其移动到圆的顶部。现在，在运行时，我可以通过头部的动画平移变换来移动头部，帽子也随之移动。或者，我可以在运行时动态地在帽子上应用旋转变换，为“帽子尖”设置动画。

在渲染时，每个节点都应用自己的静态变换（帽子向上移动），然后是任何动态平移（帽子尖），然后对每个父节点依次类推。每个节点有三个矩阵，每个应用的动态动画还有另外三个矩阵。对于深度树，这增加了很多矩阵数学。

如果可能的话，将其推送到 GPU 似乎是一件好事，但由于动画是动态应用的，因此我不知道每个节点将经历多少次变换才能编写着色器来处理它。我是 OpenGL ES 2.0 和游戏引擎设计的新手，不了解所有限制。

我的问题是……

1. 我是不是完全不符合“好的”游戏引擎设计？
2. 这确实是 CPU 或 GPU 的任务吗？
3. 能否编写 OpenGL 2.0 ES 着色器来处理符合我的“对象树”设计和运行时应用动画矩阵的任意数量的转换？

Answer 1

将转换层次计算移至 GPU 是个坏主意。着色器在每个基元/每个顶点/每个片段级别上运行。因此，您将为绘制的每个顶点执行这些计算。效率不高。

您确实应该优化制作动画的方式。例如，您不需要每个节点 3 个矩阵。一个矩阵包含整个变换。每个 4×4 矩阵-矩阵乘法涉及 64 次浮点乘法。因此，每个节点都有 64⁴ 次乘法。把它剪掉！

优化动画系统的一个好方法是分离单个参数。使用四元数进行旋转；四元数只需要 8 次标量乘法，将平移存储为 3 向量，与缩放相同。然后从这些部分组成单个变换矩阵。您可以将四元数直接转换为 3×3 左上部分，描述旋转，使用缩放向量作为列上的因子。翻译进入第四行。元素 4,4 是 1。