异步纹理加载设施

Question

如何在3D应用程序运行时异步加载纹理？我知道OpenGL上下文不支持多线程，因此应该将它们分别放在不同的线程中。

但我的主要问题是选择适当的多线程框架来实现Windows和C++。我听说C++11在其标准库中包含线程支持，但有人能否简要介绍一下基本步骤？

最安全的方法是什么？如何更新其他上下文的状态以使其能够感知其他线程所做出的更改？我猜测可以使用glFlush 和 glBind* ？

- user2227613

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实际上，OpenGL和OpenGL上下文是线程安全的。您可以在多个线程中同时激活单个上下文。 - datenwolf

Answer 1

纹理加载中最耗时的部分通常是磁盘访问和任何格式转换，这两部分与OpenGL无关，因此可以安全地在另一个线程中进行。一旦纹理已被读入内存并以所需格式呈现，实际复制到OpenGL缓冲区的过程就非常快速。

深入了解线程编程的细节对于本回答来说过于复杂，但有很多文档可供参考，一旦理解，它就像指针和内存一样容易（易懂）。

这里的一般概念是创建一个纹理持有对象列表（包含文件/名称、初始为空缓冲区和加载完成标志），并在创建线程时将其传递给加载线程。加载线程然后遍历列表，打开每个文件，将其加载到内存中并将缓冲区附加到列表条目，然后设置已加载标志并可能增加计数器。主线程获取新加载的纹理，将其复制到OpenGL纹理中，并增加进度条或其他加载指示器。一旦列表中的所有纹理都具有缓冲区并标记为已加载，则其他线程的工作完成，可以停止它（或保留活动状态以加载未来的纹理）。

该模型的主要优点在于不需要共享实际图形上下文。在可以支持线程安全的API（DirectX）中，这样做会有性能损失，并且OpenGL需要您做出相当多的工作才能拥有多个上下文或确保正确共享它们。加载纹理时的重要工作通常是文件读取和参数检查，除非进行格式转换或旋转，否则可能超过磁盘访问。将数据实际复制到视频内存已经高度优化，不太可能成为瓶颈（如果您担心这一点，请尝试在能够识别GPU调用成本的工具中进行分析）。所有这些工作都不直接依赖于OpenGL，因此您可以将其推迟到另一个线程中，而几乎没有任何担忧。

如果您特别使用Windows，则可以使用内置的线程函数，基于简单的回调模型（提供一个函数和初始参数，在这种情况下是纹理列表，并进行API调用）。我个人不熟悉C++11的线程支持以及它在Visual Studio中的工作方式（如果有的话），因此您需要检查一下。

- ssube

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不错的回答。是的，C++11的std::thread可以在MSVC++上运行。它的使用方式与boost::thread非常相似。 - Drew Dormann

Answer 2

@ssube的回答关于任务复杂性的分解是正确的，但假设“OpenGL需要你投入相当多的工作来拥有多个上下文或确保你正确共享它们”，我不同意。

一个简单的解决方案是在程序开始时创建一个主上下文（用于绘制）和一个次要上下文（用于纹理加载），例如：

m_hRCDrawing = wglCreateContext(m_hDC);
m_hRCSecondary = wglCreateContext(m_hDC);

然后，在 m_hRCSecondary 和 m_hRCDrawing 上共享数据可以通过以下方式完成：

wglShareLists(m_hRCSecondary, m_hRCDrawing);

最后，当你要从没有GL上下文的“纹理加载”线程中读取纹理时，你可以简单地调用：

wglMakeCurrent(m_hDC, m_hRCSecondary); 

在此之后，任何在该线程中加载的资产都将由绘图线程的上下文共享。

更详细的解释请参见这里。

- fermangas