在 OpenGL 批处理渲染器中批处理任意顶点数据

Question

我正在 OpenGL 中制作一个 2D 批处理渲染器，灵感来自 XNA/MonoGame 界面，但我遇到了一个小设计问题，我正在寻找一些输入。目前，您可以通过四种通用方式提交顶点数据：

void Render(const Sprite& sprite);
void Render(const Shape& shape);
void Render(const Vertex* vertices, unsigned int length);
void Render(const Vertex* vertices, unsigned int length, const Texture* texture);

一个精灵包含四个顶点、颜色和纹理坐标，而其他三个可以包含任意数字（精灵和形状具有唯一的变换）。一切都可以有纹理或无纹理。我想批量处理所有内容以减少状态更改和 OpenGL 绘制调用的数量。我认为可以合理地假设大多数提交将具有共享顶点，以便我可以使用 glDrawElements 而不是 glDrawArrays，但是鉴于我上面描述的内容，我无法弄清楚如何正确批处理。

XNA/MonoGame 精灵批处理器之所以有效，是因为它们仅适用于带纹理的四边形/三角形，而不是任意形状。或者，我可以像 SFML 渲染器一样为每个可绘制对象发出一次绘制调用，但这违背了批量渲染的目的。

我觉得我的渲染器正在尝试“做所有事情”，这是我想要避免的，因为根据我的经验，它通常很快就会变得过于复杂。

我要问的是：如何重新设计我的渲染器？我可以为不同的提交保留单独的批处理列表吗？我可以以某种方式模块化我的渲染器吗？我应该只允许 XNA/MonoGame 中的纹理对象吗？

Answer 1

好的，所以我们需要尽量减少状态更改和绘制调用的次数。我假设您使用的是现代 OpenGL，包括 Vertex Buffer Objects 和着色器。

一种方法是确保所有顶点数据具有相同的格式。例如，每个顶点都有一个位置、颜色和纹理坐标（xyz、rgba、uv）。如果我们在 VBO 中交错顶点数据，我们只需要在渲染之前调用 glVertexAttribPointer 和 glEnableVertexAttribArray。

这意味着未纹理对象的一些冗余数据，但我们可以将所有内容都塞进一个批次中，这很好。

要处理无纹理的对象，您可以绑定一个空白的白色纹理并将其视为有纹理的对象。或者，您可以在片段着色器中使用统一变量（0 到 1 之间的浮点数），并使用 mix 函数在纹理颜色和顶点颜色之间进行混合。

要批处理精灵和形状，我们应该首先在 CPU 上处理变换，以便我们始终将“世界”坐标上传到 GPU。这使我们不必为每个精灵设置一个转换统一，这将需要单独的绘制调用。

此外，我们需要尽可能按纹理排序，因为纹理绑定是您可以执行的更昂贵的操作之一。

我们的方法基本上可以归结为以下几点：

• 维护单个顶点和索引缓冲区对象来存储数据
• 将所有顶点数据保存在单一格式中，并在 VBO 中交错数据
• 按纹理排序
• 每当我们更改纹理（或设置纹理混合统一，如果我们使用该选项）时刷新缓冲区中的数据（绘制元素/数组）

可以通过不同的方式将数据从 CPU 获取到 GPU 内存。例如，首先在 GPU 上分配一个足够大的空内存缓冲区，然后在每次执行 Render 调用时使用glBufferSubData 上传顶点/索引数据的子集。

记得配置文件！

在进行此类工作时进行分析非常重要。例如，比较批处理和单独绘制调用之间的性能，或者 glDrawArrays 与 glDrawElements。我推荐使用gDebugger，它是一个免费且非常好的 OpenGL 分析器。

还要注意，太大的 VBO 可以hurt your performance。因此，请将其保持在合理的大小，并在其填满时使用绘图调用刷新它。