包装opengl模型的最佳方法答案

【问题标题】：best way to wrap opengl models包装opengl模型的最佳方法
【发布时间】：2015-01-17 03:24:44
【问题描述】：

简而言之：包装更高级别“模型”对象所需的 OpenGL 缓冲区、着色器和/或矩阵的“首选”方式是什么？

我正在尝试用基于核心 OpenGL 3.3 的 C++ 编写这个微型图形引擎，我想实现一个尽可能干净的解决方案来包装更高级别的“模型”对象，该对象将包含其顶点缓冲区、全局位置/旋转、纹理（也许还有着色器？）和可能的其他信息。

我已经研究了this open source engine, called GamePlay3D 并且不太同意它解决这个问题的许多方面。有没有什么好的资源可以讨论现代 OpenGL 的这个主题？还是有一些简单而干净的方法来做到这一点？

【问题讨论】：

您能告诉我们您不同意 GamePlay3D 的哪些方面吗？
我注意到您说您正在创建一个图形引擎。您是否有任何构建您将使用该引擎的东西的经验？我问这个是因为开发人员陷入框架/引擎开发作为避免应用程序/游戏开发的一种常见模式。
我同意并且已经亲自经历了开发中的这些障碍 =) 但是在研究了这个自制引擎的可能替换之后，我得出的结论是，添加其他人的库会强制执行某些限制，因为它是带有图形引擎的案例对于实现干净、可重用的代码库是非常有害的，而这正是我非常看重的东西。此外，我计划制作的这个引擎应该是简约的，我正在同时开发我更大项目的其他部分。
@Jerem 有几点我不同意 GamePlay3D，我只是觉得写得太多了，也太有争议了，但我会在这里解释一下。 GamePlay3D 试图不仅仅是一个图形引擎，包括声音和物理库——我的目标是保持它的清洁。在查看了其中内置的一些应用程序示例后，我看到仍然需要在相当低的级别上配置多少高级对象，而我的目标是简化并为应用程序开发人员提供更抽象的编程接口。在某种程度上，我会说我的思维方式受到了 arch linux 的启发。

标签： opengl game-engine

【解决方案1】：

这在很大程度上取决于您希望能够使用引擎做什么。另请注意，这些概念与 DirectX（或任何其他图形 API）相同，因此不要将搜索过多地集中在 OpenGL 上。以下是 3D 引擎中非常常见的几点（名称可能不同）：

网格： 一个网格包含子网格，每个子网格包含一个顶点缓冲区和一个索引缓冲区。这个想法是每个子网格将使用不同的材料（例如，在角色的网格中，可能有一个用于身体的子网格和一个用于衣服的子网格。）

实例： 一个实例（或网格实例）引用一个网格，一个材质列表（网格中的每个子网格一个），并包含“每个实例”着色器制服（世界矩阵等），通常分组在一个统一缓冲区中。

材料：（这部分根据引擎的复杂程度变化很大）。基本版本将包含一些纹理、一些渲染状态（混合状态、深度状态）、一个着色器程序和一些所有实例通用的着色器统一（例如颜色，但也可能在实例中，具体取决于什么）你想做。）

更复杂的版本通常将包含上一段中所有内容的passes（或有时包含passes的技术）中的材料分开。您可以查看Ogre3D documentation 了解更多信息并查看一种可能的实现。 GPU PRO 3 中还有一篇名为 Designing a Data-Driven Renderer 的非常好的文章，它描述了基于相同想法（但也更复杂）的更灵活的系统。

场景：（我在这里称其为场景，但实际上它可以被称为任何东西）。它提供来自环境的着色器参数和纹理（光照值、环境贴图等）。

我认为这就是基础。考虑到这一点，如果您想了解实现细节，您应该能够找到任何开源 3D 引擎代码的方法。

【讨论】：

这个答案正是我一直在寻找的，但有点不相关，这如何与延迟渲染方法一起工作？由于渲染是在帧缓冲区中完成的，这个答案的结构在大多数情况下仍然有效吗？或者核心区别是什么？
另一方面，这个答案的方法有多现代？这种结构是什么时候普及的，没有更新的方法可以充分利用 OpenGL 3.3 吗？
@nOvoid：延迟渲染器也是如此。唯一的区别是您不在场景中存储照明信息（但场景仍然可以提供其他信息）。我不知道它什么时候普及，但据我所知，没有更现代的方法可以以通用的方式组织模型数据。现在，我在这里描述的内容非常模糊，现代性可能更多地取决于引擎的实现方式（例如，实例化是当今非常重要的技术，但必须在上面添加我所描述的。）

【解决方案2】：

这是对 Jerem 出色回答的补充。

在底层，没有“模型”之类的东西，只有缓冲区数据和用于处理它的代码。在高层次上，“模型”的概念会因应用程序而异。国际象棋游戏中的每个棋子都有一个静态网格，具有共享的纹理和材质，但第一人称射击游戏可能有复杂的模型，其中包含多个部分、可更换的皮肤、命中框、索具、动画等。

案例研究：国际象棋

国际象棋有六种棋子和两种颜色。让我们对图形引擎进行过度设计，以展示如果您需要在同一个屏幕上同时绘制数千个国际象棋游戏，而不仅仅是一个游戏，它是如何完成的。以下是您可以执行的操作。

将所有模型存储在一个大缓冲区中。该缓冲区将所有六个模型的所有顶点和索引数据聚集在一起。这意味着您在绘图时无需切换缓冲区/VAO。此外，这个缓冲区永远不会改变，除非用户进入设置并为棋子选择不同的样式。
创建另一个缓冲区，其中包含游戏中每个棋子的当前位置、每个棋子的颜色以及对该棋子模型的引用。该缓冲区每帧更新一次。
加载必要的纹理。也许法线会在一个纹理中，而漫反射贴图将是一个数组纹理，其中一层用于白色，另一层用于黑色。纹理经过精心设计，因此您在绘制棋子时无需更改它们。
要绘制所有棋子，您只需更新一个缓冲区，然后调用glMultiDrawElementsIndirect()...每帧一次，它会绘制所有棋子。如果这不可用，您可以回退到 glDrawElements() 或其他方式。

分析

您可以看到这种设计并非适用于所有事物。

如果您必须将新模型流式传输到内存中并删除旧模型怎么办？
如果模型有不同大小的纹理怎么办？
如果模型更复杂，带有动画或正向运动学怎么办？
半透明模型呢？
hit box 和物理数据呢？
不同的 LOD 呢？

这里的问题是，您的解决方案，甚至是“模型”的概念，都会因您的需求而大不相同。

【讨论】：

虽然我认为您对图形引擎的潜在复杂性提出了一个很好的观点，但我想要实现的是良好的开箱即用可用性，允许许多常见用例轻松完成并拥有强大、可扩展的代码结构，允许添加 LOD、半透明度等，而无需对现有系统进行太多更改。