在OpenGL批处理渲染器中批处理任意顶点数据

Question

我正在使用OpenGL制作一个受XNA/MonoGame界面启发的2D批处理渲染器，但我遇到了一个小的设计问题，需要一些意见。目前，可以通过以下四种常见方式提交顶点数据：

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sprite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量的内容（sprite和shape具有独特的变换）。所有的东西都可以被纹理化或未被纹理化。我想要将所有东西批量处理以减少状态改变和OpenGL绘制调用的数量。我认为可以合理地假设大多数提交都有共享的顶点，这样我就可以使用glDrawElements而不是glDrawArrays，但是我在考虑如何正确地批处理时遇到了困难。

XNA/MonoGame sprite批处理器之所以工作是因为它们仅与纹理化的四边形/三角形一起使用，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布一个绘制调用，但这违背了批处理渲染的目的。

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，因为在我的经验中，它通常很快变得过于复杂。

我想问的是：我应该如何重新设计我的渲染器？我能否保留不同提交的单独批处理列表？我能否以某种方式将我的渲染器模块化？我是否应该只允许纹理化的对象，就像XNA/MonoGame一样？

- NordCoder

Answer 1

好的，所以我们需要最小化状态更改和绘制调用次数。我假设您正在使用现代OpenGL，包括顶点缓冲对象和着色器。

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中交错我们的顶点数据，我们只需要在渲染之前调用一次glVertexAttribPointer和glEnableVertexAttribArray。

这意味着对于未纹理化的对象来说会有一些冗余数据，但我们可以将所有内容压缩到单个批次中，这很好。

要处理未纹理化的对象，您可以绑定一个空白白色纹理并将其视为纹理化对象。或者，您可以在片段着色器中有一个统一变量（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。这样可以避免为每个精灵设置变换统一变量，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。

我们的方法基本上归结为以下内容：

- 维护单个顶点和索引缓冲对象以存储数据 - 保持所有顶点数据具有相同的格式，并在VBO中交错数据 - 按纹理排序 - 在更改纹理（或设置纹理混合统一变量，如果我们选择该选项）时刷新缓冲区中的数据（绘制元素/数组）

将数据从CPU传输到GPU内存可以通过不同的方式完成。例如，首先在GPU上分配足够大的空的内存缓冲区，并在每次Render调用时使用glBufferSubData上传一部分顶点/索引数据子集。

记得进行性能分析！

进行这种工作时进行性能分析非常重要。例如，比较批处理和单独的绘制调用之间的性能，或者glDrawArrays与glDrawElements之间的性能。我建议使用gDebugger，它是一个免费且非常好的OpenGL分析器。

还要注意，过大的VBO可能会影响性能。因此，请将其保持在合理的大小，并在填满时使用绘制调用刷新它。

- Uint9

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这是非常实用的信息，非常感谢。我总共要创建三个渲染器（支持不同版本以供教育目的），但是据我所见，您的见解可以很好地转化。我的顶点确实具有相同的格式。在使用mix函数时，我只会使用值0和1进行插值，即完整的纹理颜色或完整的顶点颜色，对吗？变换正如您所建议的那样处理。我也考虑在批量渲染之前将未贴图的对象复制到批次中。我不知道gDebugger，感谢提供链接！ - NordCoder