多个OpenGL上下文、多个窗口、多线程和垂直同步

Question

多个OpenGL上下文、多个窗口、多线程和垂直同步

multithreadingopengl

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我正在使用OpenGL创建一个图形用户界面应用程序，其中可以有任意数量的窗口 - “多文档接口”风格。

如果只有一个窗口，则主循环可能如下所示：

1. 处理事件 2. 绘制() 3. 交换缓冲区（垂直同步会导致此操作阻塞，直到垂直监视器刷新）

然而，考虑当有3个窗口时的主循环：

1. 每个窗口处理事件 2. 每个窗口绘制() 3. 窗口1交换缓冲区（阻塞直到垂直同步） 4. （稍后）窗口2交换缓冲区（阻塞直到垂直同步） 5. （稍后）窗口3交换缓冲区（阻塞直到垂直同步）

糟糕……现在应用程序的渲染每帧发生的次数只有正常帧率的1/3。

解决方法：实用程序窗口

一种解决方法是只有一个窗口开启垂直同步，其余窗口关闭垂直同步。先调用vsync窗口的swapBuffers()并绘制它，然后绘制其余窗口并在每个窗口上调用swapBuffers()。

这种解决方法大部分时间看起来都很好，但并非没有问题：

有一个窗口特殊是不优雅的
竞态条件仍可能导致屏幕撕裂
某些平台忽略垂直同步设置并强制其开启
我读到切换绑定的OpenGL上下文是一项昂贵的操作，应该避免使用。

解决方法：每个窗口一个线程

由于每个线程只能绑定一个OpenGL上下文，因此也许答案是每个窗口一个线程。

然而，我仍希望GUI是单线程的，因此3个窗口情况下的主循环如下：

(对于每个窗口)

锁定全局互斥量
处理事件
绘制()
解锁全局互斥量
交换缓冲区()

这样行吗？这个其他问题表明它不会：

原来这些窗口正在互相“斗争”：看起来SwapBuffers调用是同步的，即使它们在不同的线程中。我正在测量每个窗口的帧间时间，对于两个窗口，这会降至30fps，三个窗口则为20fps等等。

为了调查这一说法，我创建了一个简单的测试程序（simple test program）。该程序创建N个窗口和N个线程，将每个窗口绑定到一个线程，请求每个窗口打开垂直同步，并报告帧速率。到目前为止，结果如下：

Linux，X11，4.4.0 NVIDIA 346.47（2015-04-13）
- 无论打开多少个窗口，帧速率都为60fps。
OSX 10.9.5（2015-04-13）
- 帧速率没有上限；SwapBuffers不会阻塞。

解决方法：只使用一个上下文，一个大的帧缓冲区

另一个我想到的想法是：只有一个OpenGL上下文和一个大的帧缓冲区，大小等于所有窗口的大小之和。

每一帧，每个窗口在绘制前调用glViewport来设置它们各自的帧缓冲矩形。

在所有绘制完成后，对唯一的OpenGL上下文进行swapBuffers()操作。

我即将调查这个解决方法是否可行。我有一些问题：

拥有如此大的帧缓冲区是否可行？
每帧多次调用glViewport是否可行？
我使用的窗口库API是否允许我创建独立于窗口的OpenGL上下文？
如果窗口大小都不同，帧缓冲区会浪费空间吗？

GLFW的维护者Camilla Berglund说：

glViewport的工作原理并非如此。缓冲区交换也不是这样工作的。每个窗口都有一个帧缓冲区，您无法使它们共享一个帧缓冲区。缓冲区交换是针对每个窗口的帧缓冲区进行的，并且上下文一次只能绑定到单个窗口。这是在操作系统级别上的限制，而不是GLFW的限制。

解决方法：仅使用一个上下文

这个问题表明这个算法可能有效：

Activate OpenGL context on window 1  
Draw scene in to window 1

Activate OpenGL context on window 2  
Draw scene in to window 2

Activate OpenGL context on window 3  
Draw scene in to window 3

For all Windows
SwapBuffers

根据问题提出者的说法，启用V-Sync后，SwapBuffers将会同步到最慢的显示器上，而在更快的显示器上的窗口会变慢。看起来他们只在Microsoft Windows上进行了测试，而且不清楚这个解决方案是否适用于其他平台。此外，再次有许多来源告诉我，在draw()例程中使用makeContextCurrent()速度太慢。另外，这似乎也不符合EGL的规范。为了允许另一个线程调用eglSwapBuffers()，您必须使用eglMakeCurrent(NULL)，这意味着您的eglSwapBuffers现在应该返回EGL_BAD_CONTEXT。所以，我的问题是：有没有最佳方法来解决带有垂直同步的多窗口应用程序的问题？这似乎是一个常见的问题，但我还没有找到令人满意的解决方案。

与此问题类似：如何同步多个OpenGL窗口到垂直同步？，但我想要一个跨平台的解决方案 - 或者至少为每个平台提供一个解决方案。

以及这个问题：如何在多个OpenGL画布和垂直同步中使用SwapBuffers()？，但实际上这个问题与Python无关。

- andrewrk

所以您的意思是，根据您的实验，每个线程（和窗口）一个上下文效果良好？ - dudu

2个回答

0

感谢@andrewrk的所有研究，我个人喜欢这样做：

创建第一个窗口和它的OpenGL上下文，使用双缓冲。在此窗口上启用垂直同步（swapinterval 1）

创建其他窗口并附加第一个上下文与双缓冲。在这些其他窗口上禁用垂直同步（swapinterval 0）

对于每一帧对于反转每个窗口（最后一个启用垂直同步的窗口）。 wglMakeCurrent(hdc，commonContext);
绘制。 SwapBuffer

通过这种方式，我实现了垂直同步，并且所有窗口都基于相同的垂直同步。

但是我在没有Aero的情况下遇到了问题：撕裂...

- Maypeur

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可以查看英文原文，
原文链接

- datenwolf · Accepted Answer

交换缓冲区（垂直同步会导致此操作阻塞，直到垂直监视器刷新）

不，它并不会阻塞。缓冲区交换调用可能立即返回并且不会阻塞。但它会插入一个同步点，以延迟修改后缓冲区命令的执行，直到缓冲区交换完成。OpenGL 命令队列长度是有限的。因此，一旦命令队列已满，其余的 OpenGL 调用将会阻塞程序，直到进一步的命令可以被推入队列中。

而且缓冲区交换不是一个 OpenGL 操作。它是一个图形/窗口系统级别的操作，独立于 OpenGL 上下文发生。只需看一下缓冲区交换函数：它们接受的唯一参数是可绘制对象的句柄（=窗口）。事实上，即使您在单个可绘制对象上有多个 OpenGL 上下文进行操作，您也只需要交换一次缓冲区，并且可以在可绘制对象上没有当前的 OpenGL 上下文的情况下执行此操作。

因此，通常的方法是：

' first do all the drawing operations
foreach w in windows:
    foreach ctx in w.contexts:
        ctx.make_current(w)
        do_opengl_stuff()
        glFlush()

' with all the drawing commands issued
' loop over all the windows and issue
' the buffer swaps.
foreach w in windows:
    w.swap_buffers()

由于缓冲区交换不会阻塞，您可以为所有窗口发出所有缓冲区交换，而不会受到V-Sync的延迟。但是，下一个针对发出用于交换的后备缓冲区的OpenGL绘图命令可能会停顿。

解决方法是使用一个FBO进行实际绘制，并将其与循环结合起来，在交换缓冲区循环之前对FBO进行传输到后备缓冲区：

' first do all the drawing operations
foreach w in windows:
    foreach ctx in w.contexts:
        ctx.make_current(w)
        glBindFramebuffer(GL_DRAW_BUFFER, ctx.master_fbo)
        do_opengl_stuff()
        glFlush()

' blit the FBOs' renderbuffers to the main back buffer
foreach w in windows:
    foreach ctx in w.contexts:
        ctx.make_current(w)
        glBindFramebuffer(GL_DRAW_BUFFER, 0)
        blit_renderbuffer_to_backbuffer(ctx.master_renderbuffer)
        glFlush()

' with all the drawing commands issued
' loop over all the windows and issue
' the buffer swaps.
foreach w in windows:
    w.swap_buffers()