OpenGL中的精灵渲染架构

Question

我有很多精灵需要渲染，想从那些在这方面推进性能的人那里获得任何反馈。

所以我按着着色器和纹理进行分类。并将具有相同渲染设置的精灵批处理到VBO中以发送给着色器进行渲染。这些都是正常的事情。我的所有精灵都是正方形的，并且都具有相同的基本数据：中心位置（P），方向（O），缩放（S），RGB颜色（Col）和全局不透明度（Alpha）。我必须在CPU代码中更新位置和方向，（尽管大约50％的精灵在任何给定帧对之间不会改变），而缩放、颜色和不透明度几乎永远不会更改，但实际上并非从不。

我不能假设有几何着色器（我将支持它们，但在这种情况下问题是无意义的）。

我应该：

1. 当我更新精灵位置时，在CPU上计算顶点位置。使顶点着色器成为简单的转换步骤。（优点是每帧要更新的数据量显著减少，但CPU必须执行大量三角函数运算）。

2. 将POS数据作为附加数据复制到VBO中的4个顶点，然后使顶点位置成为简单的偏移量（-1，-1; -1,1; 1,1; 1,-1），并在着色器中执行三角函数运算。（优点是GPU执行更多计算，但每个顶点有5个额外的数据字）。

3. 不明显哪种方法更好，因此需要对两种方法进行分析以查看发生了什么。

显然我可以选择3，但我认为询问这个问题可能有用，以便确定哪种方法更快。无论哪种方式，答案都可以帮助其他严肃的精灵/粒子实现者。

- Ian

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根据我处理大量粒子的经验，我会选择选项（2.）。也许你可以将偏移/方向的索引打包到你的数据中（例如，作为位置向量的w分量，如果你迄今未使用它）？0 = (-1,-1)；1 = (-1,1)；2 = (1,1)；3 = (1,-1)。 - kroneml

如果您想将其放入答案中，我会给您接受！ - Ian

Answer 1

所以我进行了（3）并进行了配置文件。正如kronemi所说，选项2赢得了胜利。

表现最佳的结构是两个VBO：

1. vec2 float pos、float orientation、float scale（每个顶点16字节）
2. vec2 float tex、vec4 ubyte color、uint flags（每个顶点16字节）

其中标志编码精灵的角落，因此我们有0x00000001表示右侧，0x00000002表示底部。这使得代码可以通过第一个VBO遍历更新精灵位置，并每次设置四个值而无需任何三角函数或其他逻辑。所有数学计算都在顶点着色器中完成。

在我的测试中，如果位置更新的次数与纹理/颜色更新的次数不相差太多，则将两个VBO合并为一个会表现更好。我认为这是因为顶点是32字节对齐的。但在我的应用程序（我认为大多数人的应用程序也是如此），位置在大多数帧中都会更新，但其他事情从不更新，因此具有较小的缓冲区似乎更胜一筹。

- Ian

Answer 2

从我处理大量粒子的经验来看，我会选择选项（2）。也许你可以将偏移/方向的索引打包到你的数据中（例如，作为你的位置向量的w分量，如果你迄今尚未使用它）？0 =（-1，-1）; 1 =（-1，1）; 2 =（1，1）; 3 =（1，-1）。

如 @Ian 所建议的那样，我刚刚将我的评论复制到了回答中！

@Ian：如果我理解正确，您说您有一个全局不透明度/阿尔法，因此您应该能够为此使用一个uniform，并将您的vec4颜色的w分量用于标志。但是，我怀疑这不会有任何区别......

顺便说一下，您已经提到的几何着色器解决方案不仅更加优雅，而且速度更快。

- kroneml

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谢谢，你得到了接受！是的，不透明度可以是均匀的。我试过了，性能有一点下降（也许是因为第二个VBO现在只有12字节对齐？不知道）。不用担心。至于几何着色器，是的，它比两个选项都要好，我首先构建了它，但我需要一个适用于几何着色器卡之前的解决方案。最终，性能足够接近，我选择了2，完全忽略了几何着色器——以速度换取只有一个代码路径，因为具有几何着色器的卡通常更快。 - Ian

Answer 3

我发现带宽改进很小。我假设每个精灵都有4个顶点（6个索引），那么你可以简单地使用gl_VertexID % 4代替flags。

每个顶点属性：

- vec2 float position、float orientation、float scale——精灵几何数据（16B） - uint flags——特殊精灵的可选标志（4B） - float param——平滑精灵变换的可选参数（4B）

统一变量：

- vec2 vertexPosition[4]——每个角落的相对位置——您可以使用它来指定中心 - vec2 textureCoord[4]——每个角落的纹理坐标，您还可以使用4*n纹理坐标来定义通过标志可以定义的n个精灵状态

这种设置仅使用每个简单精灵的16B。

- kravemir