在Direct3D中向着色器传递世界、视图和投影矩阵

Question

我正在学习DirectX的所有MS教程，我注意到它们总是将World、View和Projection矩阵传递给技术，然后在顶点着色器中对它们进行乘法运算。

有必要这样做吗？而不是在绘制之前乘以矩阵，然后将单个WVP矩阵传递给着色器？这样，每帧只需要一次矩阵乘法，而不是每个顶点都需要一次，对吗？

提前感谢您的回答。

编辑: 附上示例代码

MS教程：

matrix World;
matrix View;
matrix Projection;

struct VS_INPUT
{
    float4 Pos : POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

struct VS_OUTPUT
{
    float4 Pos : SV_POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

PS_INPUT VS( VS_INPUT input )
{
    VS_OUTPUT output;
    output.Pos = mul( input.Pos, World );
    output.Pos = mul( output.Pos, View );
    output.Pos = mul( output.Pos, Projection );
    output.Color = input.Color;

    return output;
}

为什么不这样做：

matrix WVP;

struct VS_INPUT
{
    float4 Pos : POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

struct VS_OUTPUT
{
    float4 Pos : SV_POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

PS_INPUT VS( VS_INPUT input )
{
    VS_OUTPUT output;
    output.Pos = mul( input.Pos, WVP );  
    output.Color = input.Color;

    return output;
}

- jaho

Answer 1

在这个例子中，您建议对世界、视图和投影矩阵进行预乘，这样更有效率。我不确定为什么教程在这个简单的例子中将它们分开。

有时将它们分开是有意义的（或者将世界矩阵保持独立，同时使用结合的视图-投影矩阵）。例如，有时您可能希望在世界空间而不是对象空间中进行光照处理，因此您需要在顶点着色器中访问世界空间顶点位置。如果您正在执行某种实例化，则可能还希望将世界空间矩阵保持分开，如DeadMG所指出的那样。但在许多情况下，像您建议的那样将它们组合起来会更好。

- mattnewport

Answer 2

因为世界矩阵针对每个对象都会发生变化。如果您将WVP矩阵传递到着色器中，则每次重新绘制时都必须更改该矩阵-非常低效，并且您将在CPU上进行乘法运算，这也非常慢。另一方面，您可以一次性将所有世界矩阵发送到GPU中的硬件实例缓冲区中，然后在GPU上将它们全部乘出来，在现代GPU的规模上几乎不会产生任何影响，然后发出一次绘制调用。

简而言之，当您添加硬件实例化时，将其放在着色器中执行效率要高得多。

- Puppy

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那么你的意思是说，在 CPU 上每帧将这三个矩阵相乘一次比在 GPU 上每顶点执行一次（因此可能每帧执行数千次）效率更低？世界矩阵每帧都在 CPU 上更新。 - jaho

什么？不对。你需要在GPU上每个实例传递世界矩阵，将VP矩阵在CPU上乘一次并传递，然后在GPU上再乘以世界和VP。 - Puppy

Answer 3

我认为每个矩阵在每一帧中都可以改变。除非你以相同的方式查看某些内容，否则如果你将相机视角定位到其他角度或坐标来观察世界/物体，则视图可能会发生变化。

- David Magalhães

Answer 4

这样，矩阵将会在每一帧中乘以一次，而不是在每一个顶点中乘以一次，对吗？

"每一帧"这个术语在这里没有意义。为什么我们要称其为顶点着色器？因为它是一个基于每个顶点的处理过程，所以无论您将三个矩阵乘以单个矩阵（在或外顶点着色器中），每个顶点在绘制之前都应该应用于此单个矩阵。GPU是这种任务的更好选择，如向量/矩阵计算和其他图形处理。

- zdd

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顶点始终只在第一种情况下被乘以三次，在第二种情况下只乘以一次。我已经在问题中添加了示例代码。 - jaho

嗯，我觉得我最初误解了你的意思，我以为你是在说顶点和矩阵相乘，实际上你只是指矩阵相乘。对此我感到抱歉。 - zdd