您应该如何有效地批处理复杂的网格？

Question

渲染复杂网格的最佳方式是什么？我在下面写了不同的解决方案，想知道您对它们有何看法。

举个例子：如何渲染“Crytek-Sponza”网格？

PS：我不使用 Ubershader，只使用单独的着色器

如果您通过以下链接下载网格：

http://graphics.cs.williams.edu/data/meshes.xml

将其加载到 Blender 中，您会看到整个网格由大约 400 个子网格组成，分别具有自己的材质/纹理。

虚拟渲染器（版本 1）将分别渲染 400 个子网格中的每一个！这意味着（为了简化情况）400 个绘制调用，每个绘制调用都绑定到材质/纹理。对性能非常不利。很慢！

pseudo-code version_1:

foreach mesh in meshList //400 iterations :(!
 mesh->BindVBO();

  Material material = mesh->GetMaterial();
  Shader bsdf = ShaderManager::GetBSDFByMaterial(material);

  bsdf->Bind();
   bsdf->SetMaterial(material);
   bsdf->SetTexture(material->GetTexture()); //Bind texture

    mesh->Render();

现在，如果我们注意加载的材料，我们会注意到 Sponza 实际上仅由 25 种不同的材料组成（如果我记性好的话 :)）！

因此，更智能的解决方案（第 2 版）应该是批量收集所有顶点/索引数据（在我们的示例中为 25 个），而不是将 VBO/IBO 存储到子网格类中，而是存储到一个名为 Batch 的新类中。

pseudo-code version_2:

foreach batch in batchList //25 iterations :)!
  batch->BindVBO();

  Material material = batch->GetMaterial();
  Shader bsdf = ShaderManager::GetBSDFByMaterial(material);

  bsdf->Bind();
   bsdf->SetMaterial(material);
   bsdf->SetTexture(material->GetTexture()); //Bind texture

    batch->Render();

在这种情况下，每个 VBO 都包含共享完全相同的纹理/材质设置的数据！

好多了！现在我认为 25 VBO 用于渲染 sponza 太多了！问题是渲染 sponza 的缓冲区绑定的数量！我认为一个好的解决方案应该是分配一个新的 VBO，如果第一个“满”（例如让我们假设 VBO 的最大大小（在 VBO 类中作为属性定义的值）是 4MB 或 8MB）。

pseudo-code version_3:

foreach vbo in vboList //for example 5 VBOs (depends on the maxVBOSize)

 vbo->Bind();

 BatchList batchList = vbo->GetBatchList();

 foreach batch in batchList

  Material material = batch->GetMaterial();
  Shader bsdf = ShaderManager::GetBSDFByMaterial(material);

  bsdf->Bind();
   bsdf->SetMaterial(material);
   bsdf->SetTexture(material->GetTexture()); //Bind texture

    batch->Render();

在这种情况下，每个 VBO 不包含共享完全相同的纹理/材质设置的必要数据！这取决于子网格加载顺序！

好吧，VBO/IBO 绑定减少了，但绘制调用没必要减少！ （你对这个肯定没问题吗？）。但总的来说，我认为这个版本 3 比以前的版本更好！您对此有何看法？

另一个优化应该是将 sponza 模型的所有纹理（或纹理组）存储在纹理数组中！但是，如果您下载 sponza 包，您会看到所有纹理都有不同的大小！所以我认为它们不能绑定在一起，因为它们的格式不同。

但如果可能的话，版本 4 的渲染器应该只使用更少的纹理绑定，而不是整个网格的 25 个绑定！你觉得有可能吗？

那么，根据您的说法，渲染 sponza 网格的最佳方式是什么？你还有什么建议吗？

Answer 1

你专注于错误的事情。有两种方式。

首先，您没有理由不能将所有网格的顶点数据粘贴到单个缓冲区对象中。请注意，这与批处理无关。请记住：批处理是关于 draw call 的数量，而不是您使用的缓冲区数量。您可以从同一个缓冲区渲染 400 个绘图调用。

您似乎想要拥有的这个“最大尺寸”是一个虚构，没有任何来自现实世界的基础。如果你愿意，你可以拥有它。只是不要指望它能让你的代码更快。

所以在渲染这个网格时，根本没有理由切换缓冲区。

其次，批处理与绘制调用的数量无关（在 OpenGL 中）。这真的是关于状态变化的成本在绘制调用之间。

This video clearly spells out (about 31 minutes in)，不同状态变化的相对成本。发出两个在它们之间没有状态更改的绘图调用是便宜的（相对而言）。但是不同类型的状态变化有不同的成本。

更改缓冲区绑定的成本非常小（假设您使用的是separate vertex formats，因此更改缓冲区并不意味着更改顶点格式）。更改程序甚至纹理绑定的成本要高得多。因此，即使您必须制作多个缓冲区对象（同样，您不必这样做），这也不会成为主要瓶颈。

因此，如果性能是您的目标，那么您最好关注代价高昂的状态更改，而不是便宜的状态更改。制作可以处理整个网格的所有材质设置的单个着色器，因此您只需更改它们之间的制服。使用数组纹理，以便您只有一个纹理绑定调用。这会将纹理绑定转换为统一设置，这是一种更便宜的状态更改。

您还可以做一些更有趣的事情，包括基本实例计数等。但对于像这样的一个微不足道的例子来说，这太过分了。