金属中的多个模型.怎么样？

Question

这是一个绝对的初学者问题.

背景:我不是真正的游戏开发者,但我正在尝试学习低级3D编程的基础知识,因为它是一个有趣而有趣的话题.我选择Apple的Metal作为图形框架.我了解SceneKit和其他更高级别的框架,但我有意尝试学习低级别的部分.不幸的是,我已经超出了我的范围,并且网上似乎很少有面向初学者的金属资源.

通过阅读Apple文档并按照我能找到的教程,我设法实现了一个简单的顶点着色器和片段着色器,并在屏幕上绘制了一个真实的3D模型.现在我正在尝试绘制第二个模型,但我有点卡住了,因为我不确定什么是最好的方法.

我......

• 对我的所有模型使用单个顶点缓冲区和索引缓冲区,并在渲染单个模型时告诉MTLRenderCommandEncoder偏移量？
• 为每个模型都有一个单独的顶点缓冲区/索引缓冲区？这种方法会扩大规模吗？
• 别的什么？

TL; DR:在Metal(或任何其他3D框架)中存储多个模型的顶点数据的推荐方法是什么？

Answer 1

没有一种推荐方式.当你在Metal这么低的水平上工作时,有很多种可能性,你选择的那种很大程度上取决于你想要/需要优化的情况和性能特征.如果您只是在玩介绍项目,那么大多数决策都是无关紧要的,因为在您扩展到"真正的"项目之前,性能问题不会受到影响.

通常,游戏引擎每个模型使用一个缓冲区(或一组顶点/索引缓冲区),特别是如果每​​个模型需要不同的渲染状态(例如着色器,绑定纹理).这意味着当将新模型引入场景或不再需要旧模型时,可以将必需的资源加载到GPU存储器中/从GPU存储器移除(通过创建/销毁MTL对象).

当你改变缓冲区时,用于从同一缓冲区的(不同部分)进行多次绘制的主要用例.例如,在第n帧上,您使用缓冲区的第一个1KB进行绘制,同时您在新顶点数据中计算/流式传输并将其写入缓冲区的第二个1KB ...然后第n + 1帧,你切换缓冲区的哪些部分用于什么.

Answer 2

为了给 rickster 的答案添加一点，我会将您的模型封装在一个类中，该类包含每个模型一个缓​​冲区（或两个，如果您计算索引缓冲区），并传递一个可选参数，其中包含您想要的该模型的实例数创建。

然后，保留一个额外的缓冲区，您可以在其中存储要为每个实例引入的任何变体。通常，这只是变换和不同的材料。例如，

struct PerInstanceUniforms {
  var transform : Transform
  var material : Material
}

就我而言，材质包含 UV 变换，但所有实例的纹理必须相同。

然后你的模型类看起来像这样，

class Model {
  fileprivate var indexBuffer : MTLBuffer!
  fileprivate var vertexBuffer : MTLBuffer!
  var perInstanceUniforms : [PerInstanceUniforms]
  let uniformBuffer : MTLBuffer!

  // ... constructors, etc.

  func draw(_ encoder: MTLRenderCommandEncoder) {
    encoder.setVertexBuffer(vertexBuffer, offset: 0, at: 0)
    RenderManager.sharedInstance.setUniformBuffer(encoder, atIndex: 1)
    encoder.setVertexBuffer(self.uniformBuffer, offset: 0, at: 2)
    encoder.drawIndexedPrimitives(type: .triangle, indexCount: numIndices, indexType: .uint16, indexBuffer: indexBuffer, indexBufferOffset: 0, instanceCount: self.numInstances)
  }

  // this gets called when we need to update the buffers used by the GPU
  func updateBuffers(_ syncBufferIndex: Int) {
    let uniformB = uniformBuffer.contents()
    let uniformData = uniformB.advanced(by: MemoryLayout<PerInstanceUniforms>.size * perInstanceUniforms.count * syncBufferIndex).assumingMemoryBound(to: Float.self)
    memcpy(uniformData, &perInstanceUniforms, MemoryLayout<PerInstanceUniforms>.size * perInstanceUniforms.count)
  }
}

带有实例的顶点着色器看起来像这样，

vertex VertexInOut passGeometry(uint vid [[ vertex_id ]],
                            uint iid [[ instance_id ]],
                            constant TexturedVertex* vdata [[ buffer(0) ]],
                            constant Uniforms& uniforms  [[ buffer(1) ]],
                            constant Transform* perInstanceUniforms [[ buffer(2) ]])
{
  VertexInOut outVertex;
  Transform t = perInstanceUniforms[iid];
  float4x4 m = uniforms.projectionMatrix * uniforms.viewMatrix;
  TexturedVertex v = vdata[vid];
  outVertex.position = m * float4(t * v.position, 1.0);
  outVertex.uv = float2(0,0);
  outVertex.color = float4(0.5 * v.normal + 0.5, 1);
  return outVertex;
}

这是我写的使用实例化的示例，并进行了性能分析：http : //tech.metail.com/performance-quaternions-gpu/

您可以在此处找到完整代码以供参考：https : //github.com/endavid/VidEngine

我希望这有帮助。