使用 DirectX 或 OpenGL 显示 100 个浮动立方体

Question

我想使用DirectX或OpenGL显示 100 个浮动立方体。

我正在寻找一些示例源代码或该技术的描述。 我无法正确显示多个立方体。

我在网上搜索了一系列很好的教程，虽然他们谈论如何做3D基元，但我找不到关于如何做大量3D基元的信息 - cubes 、 spheres 、 pyramids等.

Answer 1

你说要展示一个立方体已经够麻烦了……所以我不确定你是否有一个要展示的。

基本上……将编写多维数据集的代码放在一个函数中，然后调用该函数 100 次。

void DrawCube()
{
    //code to draw the cube
}

void DisplayCubes()
{
    for(int i = 0; i < 10; ++i)
    {   
         for(int j = 0; j < 10; ++j)
         {
             glPushMatrix();
             //alter these values depending on the size of your cubes.
             //This call makes sure that your cubes aren't drawn overtop of each other
             glTranslatef(i*5.0, j*5.0, 0);
             DrawCube();
             glPopMatrix();
         }
    }              
}

这是您如何进行此操作的基本大纲。 如果你想要更有效的东西，一旦你弄清楚了基础知识，就看看显示列表:)

Answer 2

只需使用 glTranslatef（或 DirectX 等效项）使用相同的代码绘制立方体，但移动绘制它的相对点。 也许有更好的方法可以做到这一点，我对 OpenGL 还很陌生。 请务必设置您的视点，以便您可以看到所有这些。

Answer 3

是的，如果你效率高，你会把所有东西都扔到同一个顶点缓冲区中，但我认为绘制 100 个立方体不会推动过去 5 年产生的任何 GPU，所以你应该按照上面的建议很好。

编写一个基本的通过顶点着色器，在像素着色器中随意着色。 要么传入世界矩阵并在顶点着色器中进行平移，要么仅在 CPU 端计算世界空间顶点位置（如果您的立方体要保持固定，则执行此操作）。

您可以花哨并进行几何实例化等，但首先要掌握基础知识。

Answer 4

我想我会在现代 OpenGL（可编程管道）中回答这个问题，因为这里的大多数答案都涉及固定功能管道。

有三种主要方法可以做到这一点，我从最简单到最复杂对它们进行了排名。

1. 绘制许多立方体网格：这可能是最幼稚的做事方式。 我们用许多不同的变换矩阵绘制相同的立方体网格：

prepare();

shader.setMat4("transform", matrix1);
drawCall(); 

shader.setMat4("transform", matrix2);
drawCall();

shader.setMat4("transform", matrix3);
drawCall();

/* and so on... */

当然，当您实际执行此操作时，您可能希望将其变成一个 for 循环，但这是基本思想。 好消息是这非常容易实现，而且不会太慢。 我推荐这个作为入门。

然而，如果你想渲染数以万计的立方体（比如在体素游戏中），那么这种方法就变得站不住脚了。 相反，我们可以执行以下替代方案之一（为简单起见，我们假设您已经有一个矩阵数组，称为matrixArray ）：

2. 将立方体批处理成一个巨大的网格：我们将所有（转换的）立方体连接到一个网格中。 这意味着我们将只需要处理一个绘图调用，而不是数千个。 以下是一些基本代码（这里的cubes是vector<vector<Vertex>> ）：

vector<float> transformedVerts;

for (int i = 0; i < cubes.size(); i++) {
    vector<Vertex> cubeData = cubes[i];
    for (int j = 0; j < verts.size(); j++) {
        Vertex vert = verts[j];
        vec3 vposition = matrixArray[i] * verts.position;
        transformedVerts.push_back(vposition[0]);
        transformedVerts.push_back(vposition[1]);
        transformedVerts.push_back(vposition[2]);

        /* We don't need to transform the colors... */
        transformedVerts.push_back(vert.color[0]);
        transformedVerts.push_back(vert.color[1]);
        transformedVerts.push_back(vert.color[2]);
    }
}

...
sendDataToBuffer(transformedVerts); 

这样做的一个缺点是，如果多维数据集正在移动，或者添加或删除了其中一个多维数据集，则必须重新计算transformedVerts 。

_{^{我没有包括 DirectX 部分，因为我对 DirectX不太熟悉。}}

3. 实例化渲染：这是迄今为止最复杂的方法。 与批处理类似，我们只需要进行一次绘制调用。 但是，该绘图调用不是glDrawArrays 。 相反，它是glDrawArraysInstanced ，除了顶点数之外，它还接受另一个参数，即实例数。 而且我们不必“连接”所有的立方体，这会浪费空间。 相反，实例化渲染使用一种特殊类型的“每个实例”缓冲区。 我们通过调用glVertexAttribDivisor指定缓冲区是“每个实例”的。

...我们称之为 glVertexAttribDivisor。 这个 function 告诉 OpenGL 何时将顶点属性的内容更新到下一个元素。 它的第一个参数是所讨论的顶点属性，第二个参数是属性除数。 默认情况下，属性除数为 0，它告诉 OpenGL 在顶点着色器的每次迭代中更新顶点属性的内容。 通过将此属性设置为 1，我们告诉 OpenGL 我们要在开始渲染新实例时更新顶点属性的内容。 通过将其设置为 2，我们将每 2 个实例更新一次内容，依此类推。 通过将属性除数设置为 1，我们有效地告诉 OpenGL 属性位置 2 处的顶点属性是实例化数组。 （学习OpenGL）

让我们使用matrixArray作为我们的实例化缓冲区。 我们不能直接将mat4存储为一个属性，因此我们必须存储vec4的 4 个属性：

// the num variable is the number of attributes before the instanced attributes.
glEnableVertexAttribArray(num); 
glVertexAttribPointer(num, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * sizeof(vec4), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(num + 1); 
glVertexAttribPointer(num + 1, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * sizeof(vec4), (void*)(1 * sizeof(vec4)));
glEnableVertexAttribArray(num + 2); 
glVertexAttribPointer(num + 2, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * sizeof(vec4), (void*)(2 * sizeof(vec4)));
glEnableVertexAttribArray(num + 3); 
glVertexAttribPointer(num + 3, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * sizeof(vec4), (void*)(3 * sizeof(vec4)));

glVertexAttribDivisor(num, 1);
glVertexAttribDivisor(num + 1, 1);
glVertexAttribDivisor(num + 2, 1);
glVertexAttribDivisor(num + 3, 1);

我们创建我们的转换缓冲区（确保将其放在上述代码之前:)，如下所示：

glGenBuffers(1, &transformBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, transformBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, cubeCount * sizeof(mat4), &matrixArray[0], GL_STATIC_DRAW);

我们像这样渲染：

glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, cubeVertexCount, cubeCount);

在着色器程序中，我们将四个属性视为一个 mat4 属性。 例如，如果我们的着色器程序有一个 position 属性和一个 texcoord 属性：

layout (location = 0) in vec3 position;
layout (location = 1) in vec2 texCoord;
layout (location = 2) in mat4 transform;

Stack Overflow 的帖子中我能写的只有这么多，所以我强烈建议您阅读Learn OpenGL 的实例化教程。