我正在使用OpenGL和GLSL开发一个小的3D引擎。我目前使用纹理缓冲区对象(TBO)来存储我的所有矩阵(项目、视图、模型和阴影矩阵)。但我对图形引擎中处理矩阵的最佳方式(我指的是最有效的方式)进行了一些研究，但没有取得任何成功。目标是将最大的矩阵存储到最小数量的TBO中，并在GPU和客户端代码(glBufferSubData)之间发生最小的状态变化和最小的交换。
我提出了两种不同的方法(及其优点和缺点)：
下面是一个场景示例：
1台摄像机(1台ProjMatrix，1台ViewMatrix)5个盒子(5个ModelMatrix)
下面是我使用的一个简单顶点着色器的示例：
#version 400
/*
** Vertex attributes.
*/
layout (location = 0) in vec4 VertexPosition;
layout (location = 1) in vec2 VertexTexture;
/*
** Uniform matrix buffer.
*/
uniform samplerBuffer matrixBuffer;
/*
** Matrix buffer offset.
*/
uniform int MatrixBufferOffset;
/*
** Output variables.
*/
out vec2 TexCoords;
/*
** Returns matrix4x4 from texture cache.
*/
mat4 Get_Matrix(int offset)
{
return (mat4(texelFetch(
matrixBuffer, offset), texelFetch(
matrixBuffer, offset + 1), texelFetch(matrixBuffer, offset + 2),
texelFetch(matrixBuffer, offset + 3)));
}
/*
** Vertex shader entry point.
*/
void main(void)
{
TexCoords = VertexTexture;
{
mat4 ModelViewProjMatrix = Get_Matrix(
MatrixBufferOffset);
gl_Position = ModelViewProjMatrix * VertexPosition;
}
}
1) 我目前使用的方法：在顶点着色器中，我使用ModelViewProjMatrix(光栅化(gl_Position)所需)、ModelViewMatrix(用于照明计算)和ModelMatrix。因此，为了避免在顶点着色器中进行无用的计算，我决定将TBO中内联的每个网格节点的ModelViewProjMatrix、ModelViewMatrix和ModelMatrix存储如下：
TBO={[ModelViewProj_Box1][ModelView_Box1]|[ModelViewProj_Box2]…}
优点：我不需要为每个顶点着色器计算产品Proj*View*Model(例如ModelViewProj)(矩阵是预先计算的)。
缺点：如果我移动相机，我需要更新所有的ModelViewProj和ModelView矩阵。所以，有很多信息需要更新。
2) 我想了另一种方法，我认为更有效：存储一次投影矩阵，一次视图矩阵，最后每个盒子场景节点模型矩阵，再次这样：
TBO＝{[ProjMatrix][ViewMatrix][ModelMatrix_Box1][ModelMatrix_Box 2]…}
所以我的顶点着色器看起来是这样的：
#version 400
/*
** Vertex attributes.
*/
layout (location = 0) in vec4 VertexPosition;
layout (location = 1) in vec2 VertexTexture;
/*
** Uniform matrix buffer.
*/
uniform samplerBuffer matrixBuffer;
/*
** Matrix buffer offset.
*/
uniform int MatrixBufferOffset;
/*
** Output variables.
*/
out vec2 TexCoords;
/*
** Returns matrix4x4 from texture cache.
*/
mat4 Get_Matrix(int offset)
{
return (mat4(texelFetch(
matrixBuffer, offset), texelFetch(
matrixBuffer, offset + 1), texelFetch(matrixBuffer, offset + 2),
texelFetch(matrixBuffer, offset + 3)));
}
/*
** Vertex shader entry point.
*/
void main(void)
{
TexCoords = VertexTexture;
{
mat4 ProjMatrix = Get_Matrix(MatrixBufferOffset);
mat4 ViewMatrix = Get_Matrix(MatrixBufferOffset + 4);
mat4 ModelMatrix = Get_Matrix(MatrixBufferOffset + 8);
gl_Position = ProjMatrix * ViewMatrix * ModelMatrix * VertexPosition;
}
}
优点：TBO包含所用矩阵的确切数量。更新具有高度针对性(如果我移动相机，我只更新视图矩阵，如果我调整窗口大小，我只会更新投影矩阵，最后，如果对象正在移动，则只会更新其模型矩阵)。
缺点：我需要计算顶点着色器ModelViewProjMatrix中的每个顶点。此外，如果场景由大量对象组成，每个对象都拥有不同的模型矩阵，我可能需要创建一个新的TBO。因此，我将丢失项目/视图矩阵信息，因为我将无法连接到正确的TBO，这将导致我们使用第三种方法。
3) 将投影和视图矩阵存储在一个TBO中，将所有其他模型矩阵存储在另一个或其他TBO中如下：
TBO_0＝{[ProjMatrix][ViewMatrix]}TBO_1＝{[ModelMatrix_Box1][ModelMatric_Box2]…}
你觉得我的3种方法怎么样？哪一个最适合你？
提前非常感谢您的帮助！
解决方案3是大多数引擎所做的，只是它们使用统一缓冲区(常量缓冲区)而不是纹理缓冲区。此外，它们通常不会将所有模型矩阵分组在同一缓冲区中，它们通常按对象类型分组(因为通过实例化同时绘制相同的对象)，有时还按更新频率分组(从不移动的对象在同一个缓冲区中因此不需要更新)。
此外，glBufferSubData可能非常慢；更新缓冲区通常比绑定不同的缓冲区慢，因为所有的同步都发生在驱动程序内部。关于这一点，有一本非常好的书，在互联网上免费提供，名为"OpenGL Insights:Asynchronous Buffer Transfers"(谷歌搜索)。
编辑：你在评论中链接的英伟达文章非常有趣。他们建议使用glMultiDrawElements一次进行多个绘图调用(这是主要技巧，因为这个决定，其他一切都在那里)。这可以大大减少驱动程序中的CPU工作，但这也意味着提供绘制对象所需的所有数据要复杂得多：你必须为矩阵/材质值建立/更新更大的缓冲区，你还需要使用无绑定纹理之类的东西，才能为每个对象拥有不同的纹理。所以，有趣，但更复杂。
只有当你想画很多不同的对象时，glMultiDrawElements才是重要的。他们的例子有68000-98000个不同的网格，这真的很多。例如，在游戏中，通常有很多相同对象的实例，但只有几百个不同的对象(最多)。最终，这取决于您的3D引擎需要渲染什么。