GPU Cache不能編輯頂點的真相解密

GPUCache不能編輯頂點的真相解密這篇文章屬于典型的剝洋蔥文，由表及里，逐步引入新的知識點，挖掘最本質(zhì)的原因。這篇文的邏輯是先假設(shè)再證明，按照這個思路去閱讀會比較輕松。Maya里的GPUCache導(dǎo)入的幾何體為什么不能編輯頂點？這可以算是一個高頻問題了，這個問題可以轉(zhuǎn)換為：GPUCache導(dǎo)入的幾何體為什么不能編輯Mesh（不僅不能編輯頂點，為它添加bevel一類的節(jié)點也不可以）？實際上這個問題在Maya的幫助文檔中是有明確答案的。我們來看看官方是如何解釋的：GPUcachesareAlembic-basedfilesthatareoptimizedforfastplaybackperformanceinMaya.TheseperformancegainscomefromthewayGPUcachefilesareevaluated.TheGPUcachenoderoutescacheddatadirectlytothesystemgraphicscardforprocessing，bypassingMayadependencygraphevaluation.GPUcache是由Alembic文件派生出來的一種文件格式，為獲取Maya中快速播放的性能專門做了優(yōu)化。這些性能的提升來自于GPUcache文件求值的方式。GPUcache節(jié)點會避開Maya的dependencygraph求值機(jī)制，把緩存數(shù)據(jù)直接發(fā)送到系統(tǒng)的圖形卡接口進(jìn)行處理?，F(xiàn)今的圖形卡都有著比cpu夸張很多的線程數(shù)量，在并行計算的應(yīng)用上有著極大優(yōu)勢，而圖形處理的計算幾乎都是線性計算，與圖形卡的多線程簡直是天作之合，GPUcache利用了圖形卡的優(yōu)勢，把GPUcache文件中的緩存數(shù)據(jù)直接發(fā)送給圖形卡進(jìn)行計算，效率自然與基于傳統(tǒng)計算框架cpu《--》memory的DG（dependencygraph）機(jī)制不可同日而語。但仔細(xì)一想，這段話有一個漏洞：雖然GPUcache導(dǎo)入的geometry無法編輯頂點，但整體移動還是可以的。這就與官方的解釋相悖了，說好了會避開DG求值機(jī)制呢？為了在這個問題上做更深層次的分析，我們插播一個DAG的小廣告，快速的了解一下DAG的概念：InMaya，adirectedacyclicgraph（DAG），defineselementssuchastheposition，orientation，andscaleofgeometry.TheDAGiscomposedoftwotypesofDAGnodes，transformsandshapes.Maya‘sDirectedAcyclicGraph（DAG）scenearchitecture，organizedasatreeoftransformnodesandshapenodes.在Maya中，有向非循環(huán)圖（DirectedAcyclicGraph，DAG），定義了諸如幾何體的位置、方向和大小等元素。有向非循環(huán)圖由兩種DAG節(jié)點構(gòu)成，分別是Transform和Shape。Maya的有向非循環(huán)圖（DirectedAcyclicGraph，DAG）場景結(jié)構(gòu)就是由transform和shape節(jié)點組成的一顆層級樹。ADAGnodeissimplyanentityintheDAG.Itmayhaveandknowaboutparents，siblings，andchildren，butitdoesnotnecessarilyknowabouttransformationsorgeometry.TransformsandShapesaretwotypesofnodesderivedfromaDAGnode.AtransformnodeisatypeofDAGnodewhichhandlestransformations（translate，rotate，andscale），whileashapenodeisatypeofDAGnodewhichhandlesgeometry.Ashapenodedoesnotmaintaintransformationinformation，andgeometrycannotbehungbelowatransformnode.ThismeansthatanypieceofgeometryrequirestwoDAGnodesaboveit，ashapenodeimmediatelyaboveit，andatransformnodeabovetheshapenode.DAG節(jié)點就是有向非循環(huán)圖中的實體，該節(jié)點有且知道有哪些父節(jié)點、鄰節(jié)點和子節(jié)點，但它并不必需要知道相關(guān)的transform信息和幾何體信息。Transform和Shape是兩種派生自DAG節(jié)點的節(jié)點，Transform節(jié)點是一種能處理transformation（譯作變換，屬于線性計算，包含translate、rotate、scale信息）信息的DAG節(jié)點，Shape節(jié)點是一種能處理geometry（幾何體）信息的DAG節(jié)點。Shape節(jié)點不會維護(hù)transformation信息，geometry也不能放在Tranform節(jié)點下面。這意味著任意一片geometry都需要有兩個DAG節(jié)點放在它的層級之上，Shape節(jié)點放置在geometry上面，transform放置在Shape節(jié)點上面，通過這種方式構(gòu)造出一個層級關(guān)系樹，供DAG使用。Geometry層級示例：TransformNode--》處理transformation信息|ShapeNode--》處理下方Geometry信息|GeometryData--》可能存放在內(nèi)存中，也可能存放在GPU顯存中根據(jù)DAG的概念，我們可以推論：對于GPUcache導(dǎo)入進(jìn)來的geometry來說，必然會為它創(chuàng)建兩個DAG節(jié)點，一個是TransformNode，一個是ShapeNode。其中Tramsform節(jié)點中的tramsformation信息是可以編輯的，可以接受外部的位移操作，而Shape節(jié)點持有的geometry信息是不可編輯的。但現(xiàn)在這個推論還是不夠深入，為什么AlembicCache既能編輯transformation又能編輯geometry信息，唯獨GPUcache只能編輯transformation？下面我們再引入DG（dependencygraph）的概念，更進(jìn)一步的，去Maya的底層找答案。ThedependencygraphliesattheheartofMaya.Itmaintainstheconstructionhistoryofthescene：arecordofwhatoperationsyouhaveappliedinwhatorder.Thegraphismadeupofaseriesofinterconnectednodes，eachofwhichencapsulatesasingleoperationorasinglesetofcalculations.Eachnodeacceptsalimitedsetofwell-definedinputdata，performsitscalculationsbasedonthatdata，andproducesoneormoreoutputvalues.Dependencygraph（依賴圖）位于Maya核心，它維護(hù)著場景的構(gòu)造歷史，在這里，構(gòu)造歷史指的是你以某種順序應(yīng)用的操作記錄。該圖由一系列相互連接的節(jié)點組成，每一個節(jié)點封裝一個操作或一組計算。每個節(jié)點接受有限的一組定義好的輸入數(shù)據(jù)，再根據(jù)該數(shù)據(jù)執(zhí)行計算，并生成一個或多個輸出值。MostobjectsinMayaaredependencygraphnodes，ornetworksofnodes（severalnodesconnectedtogether）。Forexample，DAGnodesaredependencygraphnodes，andshadersarenetworksofnodes.Maya中的大多數(shù)對象都是依賴圖節(jié)點或是由多個節(jié)點連接到一起構(gòu)成的子網(wǎng)絡(luò)。例如，DAG節(jié)點是依賴圖節(jié)點，著色器是節(jié)點網(wǎng)絡(luò)。Certaineventscausethedependencygraphtore-evaluateitself，examplesbeingscreenrefresh，andanimationplayback.Duringarefreshforexample，thesystemwillwalkdowntheDAGandforeachDAGnodechecktoseewhetheritneedstobere-evaluated.某些事件會觸發(fā)依賴圖重新對自己求值，例如屏幕刷新和動畫回放。在屏幕刷新期間，Maya底層將遍歷DAG層級結(jié)構(gòu)，并檢查每一個經(jīng)過的DAG節(jié)點是否需要重新求值。由上可知，Transform和Shape節(jié)點實際上就是DG節(jié)點的一種，我們可以猜測，“TheGPUcachenoderoutescacheddatadirectlytothesystemgraphicscardforprocessing，bypassingMayadependencygraphevaluation.”這句話指的是，在viewport顯示geometry的時候，GPUcache構(gòu)造的Shapenode所持有的geometry數(shù)據(jù)會直接發(fā)送到系統(tǒng)的圖形卡接口進(jìn)行直接處理，避開DG的求值；而GPUcache構(gòu)造的Transformnode則依然會進(jìn)入DG的求值機(jī)制，用戶可以像使用Polygon一樣，在Transformnode上添加歷史節(jié)點，比如Timenode來key關(guān)鍵幀。實際上，在GPUcache的開發(fā)文檔中還提到了這樣一句：ThegpuCachenodeisaShapenodethatholdsbakedanimatedgeometryinmemory.ThenodecanstreamtheanimatedgeometrytotheviewportwithouttriggeringanyDGevaluationofgeometryattributes（mesh，nurbsorsubdsurfacedata）。gpuCache節(jié)點是一個在內(nèi)存中持有幾何體數(shù)據(jù)的Shape節(jié)點，當(dāng)然這個幾何體數(shù)據(jù)是烘焙后的、有動畫的幾何體數(shù)據(jù)。gpuCahe節(jié)點可以把幾何體數(shù)據(jù)傳遞給viewport（就是hardwarerenderer或者viewport2.0），而不會觸發(fā)任何幾何體屬性的DG求值行為。這條說明就充分佐證了我們的猜測，這個解釋無疑比文章最開始的答案要更深入。但我們依然還有一個疑惑，這種特性是如何實現(xiàn)的呢？為什么AlembicCache導(dǎo)入abc文件可以編輯頂點，GPUCache就不行？下面我們打破砂鍋問到底，去GPUCache的源碼里尋找答案。GPUcache的源碼是公開的，你可以通過下載對應(yīng)Maya版本的devkit來獲取，附個鏈接：Maya2017devkit下載地址?，F(xiàn)在我們閱讀GPUcache的源碼來驗證這個猜測是否為真。首先，在doGpuCacheExportArgList.mel中有這樣一段代碼可以展示GPUcache創(chuàng)建DAG節(jié)點的過程：3string$xformNode=`createNodetransform-name$nodeName`;createNodegpuCache-name（$nodeName+“Shape”）-parent$xformNode;setAttr“.cacheFileName”-type“string”$fileFullPath;其中第一行創(chuàng)建transform節(jié)點；第二行創(chuàng)建gpuCache節(jié)點，gpuCache節(jié)點就是shape節(jié)點，下面會講到；第三行為gpuCache節(jié)點制定abc文件路徑。這就印證了我們在DAG環(huán)節(jié)的推論，GPUcache導(dǎo)入abc數(shù)據(jù)時會分別創(chuàng)建一個transform節(jié)點，一個shape節(jié)點。而transform節(jié)點就是Maya內(nèi)置的transform節(jié)點，所以當(dāng)然可以提供位移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。我們再看下一段代碼，在gpuCacheShapeNode.cpp中有如下定義：這段代碼這足以證明gpuCache是一個標(biāo)準(zhǔn)的Shapenode。倒數(shù)第一行意為ShapeNode的類型名是“gpuCache”，倒數(shù)第二行意為ShapeNode繼承自MPxSurfaceShape。這這里簡單介紹一下MPxSurfaceShape，該類主要用于實現(xiàn)新的shape，并且有可選、可操作的組件，還有與Maya中默認(rèn)shape相似的行為。也就是說，ShapeNode是可以提供與默認(rèn)Shape相似功能的，比如，在viewport2.0中能顯示并編輯點線面，能添加bevel一類的歷史節(jié)點。但顯然gpuCache并沒有顯示頂點，在被選中時，顯示的邊緣也是dashedline，不是正常的實線。在這里我們應(yīng)該去查看MPxSurfaceShapeUI類，MPxSurfaceShape和MPxSurfaceShapeUI是需要一并實現(xiàn)的，MPxSurfaceShape主要用于操作幾何體數(shù)據(jù)，MPxSurfaceShapeUI則用于顯示幾何體。在gpuCache中這兩個類分別由ShapeNode、ShapeUI實現(xiàn)。在ShapeNode中沒有實現(xiàn)setInternalValue（）方法，而MPxSurfaceShape類中對頂點的編輯都是通過setInternalValue（）來處理的，顯然ShapeNode不具備編輯頂點的接口，自然gpuCache也就無法編輯頂點了；在ShapeUI只有drawBoundingBox（）、drawWireframe（）、drawShaded（）三個繪制函數(shù)，分別繪制boundingbox、模型線框及表面。在這個類里并沒有找到繪制頂點的函數(shù)，這就是你在Viewport2.0中無法看到gpuCache頂點的原因，無法看到頂點，自然也無法操作頂點。另外drawWireframe（）函數(shù)中也指定了線框的繪制方式：kLineStippleShortDashed，強(qiáng)制Maya以虛線的方式繪制線框?？梢詳喽?，gpuCache的源碼中一定重寫相關(guān)方法。繼續(xù)閱讀源碼能夠看到在gpuCacheSubSceneOve