使用uniform塊來優(yōu)化對uniform變量的讀寫資料

1010使用uniform塊來優(yōu)化對uniform變量的讀寫Uniform塊如果shader程序變得比較復(fù)雜，那么其中用到的uniform變量數(shù)量也會上升。通常會在多個shader程序中用到同一個uniform變量。而uniformbufferobject就是一種優(yōu)化uniform變量訪問，以及在不同的shader程序間共享uniform數(shù)據(jù)的方法。寫法首先了解一下uniform塊的寫法。uniformb{//‘b’對應(yīng)于外部訪問時的名稱vec4v1;//塊中的變量列表boolv2;//…}；//訪問成員時使用v1、v2或者uniformb{//‘b’對應(yīng)于外部訪問時的名稱vec4v1;//塊中的變量列表boolv2;//…}name;//訪問成員時使用name.v1、name.v2注意，shader程序中的數(shù)據(jù)類型有兩種：不透明的和透明的；其中不透明的包括sampler、image和atomiccounter。一個uniform塊中只能包含透明類型的變量。另外，在同一個shader程序里的兩個uniform塊，里面的變量名都不能相同。下面我們以具體例子的編寫過程來說明在如何使用uniform塊，順便了解一下CSharpGL是如何簡化對uniform塊的使用的。回到頂部(gototop)Shader我認為用ModernOpenGL渲染，首先要寫shader。我們先看一個簡單的vertexshader。復(fù)制代碼#version330coreuniformmat4projectionMatrix;uniformmat4viewMatrix;uniformmat4modelMatrix;invec3vPos;invec3vColor;outvec3fColor;11voidmain(void){99{12gl_Position=projectionMatrix*viewMatrix*modelMatrix*vec4(vPos,1.0);fColor=vColor;}復(fù)制代碼Uniforms”我們就把這里面的uniform變量換作塊，如下，只是把原來的uniformUniforms”復(fù)制代碼#version330coreuniformUniforms{mat4projectionMatrix;mat4viewMatrix;mat4modelMatrix;};invec3vPos;invec3vColor;outvec3fColor;voidmain(void){gl_Position=projectionMatrix*viewMatrix*modelMatrix*vec4(vPos,1.0);fColor=vColor;}復(fù)制代碼而fragmentshader則更簡單：復(fù)制代碼#version330coreinvec3fColor;outvec4out_Color;voidmain(void){out_Color=vec4(fColor,1.0f);}復(fù)制代碼回到頂部(gototop)準備工作傳送一個自定義的structUniform塊，實際上對應(yīng)一個在應(yīng)用程序客戶端的struct類型。對于示例中的‘Uniforms'塊，我們可以定義如下的結(jié)構(gòu)體。為了方便對照，我們也用‘Uniforms'作為struct名，其實你可以用任意你喜歡的名字。復(fù)制代碼structUniforms:IEquatable<Uniforms>{publicmat4projection;publicmat4view;publicmat4model;publicUniforms(mat4projection,mat4view,mat4model)TOC\o"1-5"\h\z{jection=projection;this.view=view;this.model=model;}publicboolEquals(Uniformsother){jection==jection&&this.view==other.view&&this.model==other.model;}}復(fù)制代碼今后我們就將數(shù)據(jù)準備好后保存到一個Uniforms對象，最終傳送到shader。uniform塊結(jié)構(gòu)這里是重點了。傳送float類型的uniform變量，我們有UniformFloat；傳送vec3類型的uniform變量，我們有UniformVec3。但是uniform塊傳送的是一個個可以任意自定義的不同的結(jié)構(gòu)體(例如上面的structUniforms),因此最好用一個泛型的UniformBlock<T>。復(fù)制代碼publicclassUniformBlock<T>:UniformSingleVariableBasewhereT:struct,IEquatable<T>{protectedTvalue;publicTValue{get{returnthis.value;}set10if(!value.Equals(this.value))1112this.value=value;13this.Updated=true;1415161718publicUniformBlock(stringblockName):base(blockName){}192010if(!value.Equals(this.value))1112this.value=value;13this.Updated=true;1415161718publicUniformBlock(stringblockName):base(blockName){}1920publicUniformBlock(stringblockName,Tvalue):base(blockName){this.Value=value;}2122protectedoverridevoidDoSetUniform(ShaderProgramprogram)2324//...2526復(fù)制代碼UniformBlock<T>更新uniform塊的操作比較復(fù)雜：它要創(chuàng)建一個uniformbufferobject,并與之綁定；以后它只需更新這個buffer里的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對uniform塊的更新。DoSetUniformSetUniform()對于普通的uniform變量，CSharpGL用Renderer.SetUniform(stringvarName,Tvalue)whereT:struct即可(無論是什么類型的uniform都可以處理)。對于Uniform塊，也可以用這個方法!回到頂部(gototop)UniformBlockRenderer有了上述準備，我們就可以使用uniform塊了。創(chuàng)建渲染器按照CSharpGL的傳統(tǒng)，下面來創(chuàng)建一個UniformBlockRenderer，負責(zé)加載shader、模型數(shù)據(jù)和渲染工作。復(fù)制代碼classUniformBlockRenderer:RendererpublicstaticUniformBlockRendererCreate()varmodel=newTeapot();//modelvarshaderCodes=newShaderCode[2];//shadersshaderCodes[0]=newShaderCode(File.ReadAllText(@"shaders\UniformBlock.vert"),ShaderType.VertexShader);shaderCodes[1]=newShaderCode(File.ReadAllText(@"shaders\UniformBlock.frag"),ShaderType.FragmentShader);varmap=newAttributeNameMap();//mappingrelationbetweenmodelandshadersmap.Add("vPos",Teapot.strPosition);map.Add("vColor",Teapot.strColor);varrenderer=newUniformBlockRenderer(model,shaderCodes,map);//rendererreturnrenderer;}}復(fù)制代碼設(shè)置uniform塊的值就像普通的uniform變量一樣，我們也在Renderer.DoRender()方法里更新uniform塊。復(fù)制代碼protectedoverridevoidDoRender(RenderEventArgsarg){mat4projection=arg.Camera.GetProjectionMatrix();mat4view=arg.Camera.GetViewMatrix();mat4model=this.GetModelMatrix();//設(shè)置uniform塊，只需這一行。this.SetUniform("Uniforms",newUniforms(projection,view,model));base.DoRender(arg);}復(fù)制代碼完成的效果如圖，能夠正常渲染，說明我們成功地更新了uniform塊里的數(shù)據(jù)?；氐巾敳?gototop)下載CSharpGL已在GitHub開源，歡迎對OpenGL有興趣的同學(xué)力口入(/bitzhuwei/CSharpGL)回到頂部(gototop)總結(jié)借助C#的struct與byte□的相互轉(zhuǎn)換，加上CSharpGL對ModernRendering的封裝，實際上我們不需要調(diào)用glGetUniformIndices、glGetActiveUniformsiv(用于獲取shader中uniform塊里的各個變量的偏移量)這些接口，就可以使用uniform塊了。當shader中寫了一個uniform塊時，你只需在應(yīng)用程序客戶端也寫一個對應(yīng)的struct，然后用Renderer.SetUniform(blockName,structObj);一行即可實現(xiàn)對uniform塊數(shù)據(jù)的更新。PS：測試過程中發(fā)現(xiàn)對于vec3結(jié)果正常，但是v