Поймите как потоки данных вершины через OpenGL

Понимание, как потоки данных вершины через OpenGL важны для выбора стратегий обработки данных. Данные вершины вводят в этап вершины, где это обрабатывается или встроенным этапом вершины стандартной функции или пользовательской вершиной.

Рисунок 10-3 бросает более внимательный взгляд на канал передачи данных вершины при использовании непосредственного режима. Без любой оптимизации Ваши данные вершины могут быть скопированы в различных точках в канале передачи данных. Если Ваше приложение использует непосредственный режим для каждой вершины отдельно, вызовы к OpenGL сначала изменяют текущую вершину, копирующуюся в буфер команд каждый раз, когда Ваше приложение делает a glVertex* вызвать. Это не только дорого с точки зрения операций копии, но также и в функции наверху для указания каждой вершины.

Команды OpenGL glDrawRangeElements, glDrawElements, и glDrawArrays представьте многократные геометрические примитивы от данных массива, с помощью очень немногих вызовов подпрограммы. Перечисление 10-1 показывает типичную реализацию. Ваше приложение создает структуру вершины, содержащую все элементы для каждой вершины. Для каждого элемента Вы включаете клиентский массив и обеспечиваете указатель и смещаете к OpenGL так, чтобы это знало, как найти те элементы.

Перечисление 10-1  , Представляющее использование данных вершины glDrawElements.

typedef struct _vertexStruct

{

    GLfloat position[2];

    GLubyte color[4];

} vertexStruct;

void DrawGeometry()

{

    const vertexStruct vertices[] = {...};

    const GLubyte indices[] = {...};

    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

    glVertexPointer(2, GL_FLOAT, sizeof(vertexStruct), &vertices[0].position);

    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);

    glColorPointer(4, GL_UNSIGNED_BYTE, sizeof(vertexStruct), &vertices[0].color);

    glDrawElements(GL_TRIANGLE_STRIP, sizeof(indices)/sizeof(GLubyte), GL_UNSIGNED_BYTE, indices);

}

Каждый раз Вы вызываете glDrawElements, OpenGL должен скопировать все данные вершины в буфер команд, позже копирующийся в аппаратные средства. Копия наверху является все еще дорогой.

Методы для обработки данных вершины

Предотвращение ненужных копий Ваших данных вершины критически важно по отношению к производительности приложения. Этот раздел суммирует общие методы для управления Вашими данными вершины с помощью или встроенной функциональности или расширений OpenGL. Перед использованием этих методов необходимо гарантировать, что необходимые функции доступны приложению. Посмотрите Функциональность Обнаружения.

• Избегите использования glBegin и glEnd указать Ваши данные вершины. Функция и копирование наверху делают этот путь полезным только для очень небольших наборов данных. Кроме того, приложения, записанные с glBegin и glEnd не являются переносимыми на OpenGL ES на iOS.

• Минимизируйте преобразования типа данных поставляющими типами данных OpenGL для данных вершины. Использовать GLfloat, GLshort, или GLubyte типы данных, потому что большинство графических процессоров обрабатывает эти типы исходно. Если Вы используете некоторый другой тип, то OpenGL, возможно, должен выполнить дорогостоящее преобразование данных.

• Предпочтительный способ управлять Вашими данными вершины с буферными объектами вершины. Буферные объекты вершины являются буферами, принадлежавшими OpenGL, которые содержат Вашу информацию о вершине. Эти буферы позволяют OpenGL помещать Ваши данные вершины в память, которая доступна для аппаратного обеспечения машинной графики. Посмотрите Буферы Вершины для получения дополнительной информации.

• Если буферные объекты вершины не доступны, Ваше приложение может искать GL_APPLE_vertex_array_range и APPLE_fence расширения. Диапазоны массива вершины позволяют Вам препятствовать тому, чтобы OpenGL копировал Ваши данные вершины в буфер команд. Вместо этого Ваше приложение должно избежать изменять или удалять данные вершины, пока OpenGL не заканчивает выполнять команды рисования. Это решение требует большего усилия от приложения и не совместимо с другими платформами, включая iOS. Посмотрите Расширение диапазона Массива Вершины для получения дополнительной информации.

• Сложные операции вершины требуют, чтобы много указателей массива были включены и установлены, перед вызовом glDrawElements. GL_APPLE_vertex_array_object расширение позволяет Вашему приложению консолидировать группу указателей массива в отдельный объект. Ваше приложение переключает многократные указатели путем привязки единственного объекта массива вершины, сокращения издержек изменяющегося состояния. Посмотрите Объект Массива Вершины.

• Используйте двойную буферизацию для сокращения конкуренции ресурса между приложением и OpenGL. Посмотрите Двойную буферизацию Использования для Предотвращения Конфликтов Ресурса.

• Если необходимо вычислить новую информацию о вершине между кадрами, рассмотреть использование вершинных шейдеров и буферизовать объекты выполнить и сохранить вычисления.

Буферы вершины

Буферы вершины доступны, поскольку базовая функция, запускающаяся в OpenGL 1.5, и на более ранних версиях OpenGL через буфер вершины, возражает расширению (GL_ARB_vertex_buffer_object). Буферы вершины используются для улучшения пропускной способности статических или динамических данных вершины в приложении.

Буферный объект является блоком памяти, принадлежавшей OpenGL. Ваше приложение читает из или пишет в буфер с помощью вызовов OpenGL такой как glBufferData, glBufferSubData, и glGetBufferSubData. Ваше приложение может также получить указатель на эту память, работа, называемая отображением буфера. OpenGL предотвращает Ваше приложение и его от одновременного использования данных, хранивших в буфере. Когда Ваше приложение отображает буфер или пытается изменить его, OpenGL может блокировать, пока предыдущие команды рисования не завершились.

//  To set up the vertex buffer object extension

#define BUFFER_OFFSET(i) ((char*)NULL + (i))

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, myBufferName);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

glVertexPointer(3, GL_FLOAT, stride, BUFFER_OFFSET(0));

//  When you want to draw using the vertex data

draw_loop {

    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, bufferSize, NULL, GL_STREAM_DRAW);

    my_vertex_pointer = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);

    GenerateMyDynamicVertexData(my_vertex_pointer);

    glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);

    PerformDrawing();

}

//  To set up the vertex buffer object extension

#define BUFFER_OFFSET(i) ((char*)NULL + (i))

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, myBufferName);

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, bufferSize, NULL, GL_STATIC_DRAW);

GLvoid* my_vertex_pointer = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);

GenerateMyStaticVertexData(my_vertex_pointer);

glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

glVertexPointer(3, GL_FLOAT, stride, BUFFER_OFFSET(0));

//  When you want to draw using the vertex data

draw_loop {

    PerformDrawing();

}

typedef struct _vertexStatic

{

    GLfloat position[2];

} vertexStatic;

typedef struct _vertexDynamic

{

    GLubyte color[4];

} vertexDynamic;

// Separate buffers for static and dynamic data.

GLuint    staticBuffer;

GLuint    dynamicBuffer;

GLuint    indexBuffer;

const vertexStatic staticVertexData[] = {...};

vertexDynamic dynamicVertexData[] = {...};

const GLubyte indices[] = {...};

void CreateBuffers()

{

    glGenBuffers(1, &staticBuffer);

    glGenBuffers(1, &dynamicBuffer);

    glGenBuffers(1, &indexBuffer);

// Static position data

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, staticBuffer);

    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(staticVertexData), staticVertexData, GL_STATIC_DRAW);

    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);

    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

// Dynamic color data

// While not shown here, the expectation is that the data in this buffer changes between frames.

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, dynamicBuffer);

    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(dynamicVertexData), dynamicVertexData, GL_DYNAMIC_DRAW);

}

void DrawUsingVertexBuffers()

{

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, staticBuffer);

    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

    glVertexPointer(2, GL_FLOAT, sizeof(vertexStatic), (void*)offsetof(vertexStatic,position));

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, dynamicBuffer);

    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);

    glColorPointer(4, GL_UNSIGNED_BYTE, sizeof(vertexDynamic), (void*)offsetof(vertexDynamic,color));

    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);

    glDrawElements(GL_TRIANGLE_STRIP, sizeof(indices)/sizeof(GLubyte), GL_UNSIGNED_BYTE, (void*)0);

}

Расширение диапазона массива вершины

Расширение диапазона массива вершины (APPLE_vertex_array_range) позволяет Вам определить область памяти для Ваших данных вершины. Драйвер OpenGL может оптимизировать использование памяти путем создания единственной памяти, отображающейся для данных вершины. Можно также обеспечить подсказку относительно того, как должны храниться данные: кэшируемый или совместно использованный. Кэшируемая опция указывает для кэширования данных вершины в видеопамяти. Совместно используемая опция указывает, что данные должны быть отображены в область памяти, позволяющей GPU получать доступ к данным вершины непосредственно с помощью передачи DMA. Эта опция является лучшей для динамических данных. При использовании общей памяти Вам будут нужны к двойному буферу Ваши данные.

Можно установить и использовать расширение диапазона массива вершины путем выполнения этих шагов:

1. Включите расширение путем вызова glEnableClientState и предоставление GL_VERTEX_ARRAY_RANGE_APPLE постоянный.

2. Выделите хранение для данных вершины. Вы ответственны за поддержание хранения для данных.

3. Определите массив данных вершины путем вызывания функции такой как glVertexPointer. Необходимо предоставить указатель на данные.

4. Дополнительно установите подсказку об обработке хранения данных массива путем вызывания функции glVertexArrayParameteriAPPLE.

   GLvoid glVertexArrayParameteriAPPLE(GLenum pname, GLint param);

   pname должен быть VERTEX_ARRAY_STORAGE_HINT_APPLE.

   param подсказка, указывающая, как Ваше приложение ожидает использовать данные. OpenGL использует эту подсказку для оптимизации производительности. Можно предоставить также STORAGE_SHARED_APPLE или STORAGE_CACHED_APPLE. Значение по умолчанию STORAGE_SHARED_APPLE, который указывает, что данные вершины являются динамичными и что OpenGL должен использовать методы оптимизации и сбрасывания, подходящие для этого вида данных. Если Вы ожидаете, что данные, которыми снабжают, будут статичны, использовать STORAGE_CACHED_APPLE так, чтобы OpenGL мог оптимизировать соответственно.

5. Вызовите функцию OpenGL glVertexArrayRangeAPPLE установить набор данных.

   void glVertexArrayRangeAPPLE(GLsizei length, GLvoid *pointer);

   length указывает длину диапазона массива вершины. Длина обычно является числом байтов без знака.

   *pointer точки к основе вершины выстраивают диапазон.

6. Нарисуйте с данными вершины с помощью стандартных команд массива вершины OpenGL.

7. Если необходимо изменить данные вершины, установить объект предела после представления всех команд рисования. Посмотрите Пределы Использования для Синхронизации с более прекрасными зернами

8. Выполните другую работу так, чтобы GPU имел время для обработки команд рисования, использующих массив вершины.

9. Вызвать glFinishFenceAPPLE получить доступ к массиву вершины.

10. Измените данные в массиве вершины.

11. Вызвать glFlushVertexArrayRangeAPPLE.

    void glFlushVertexArrayRangeAPPLE(GLsizei length, GLvoid *pointer);

    length указывает длину диапазона массива вершины, в байтах.

    *pointer точки к основе вершины выстраивают диапазон.

    Для динамических данных, каждый раз, когда Вы изменяете данные, необходимо поддержать синхронность путем вызова glFlushVertexArrayRangeAPPLE. Вы предоставляете как параметры размер массива и указатель на массив, который может быть подмножеством данных, пока это включает все изменившиеся данные. Вопреки имени функции, glFlushVertexArrayRangeAPPLE фактически не сбрасывает данные как функция OpenGL glFlush делает. Это просто делает OpenGL знающим, что изменились данные.

Перечисление 10-5 показывает код, устанавливающий и использующий расширение диапазона массива вершины с динамическими данными. Это перезаписывает все данные вершины во время каждой итерации через цикл получения. Вызов к glFinishFenceAPPLE команда гарантирует, что CPU и GPU не получают доступ к данным одновременно. Несмотря на то, что этот пример вызывает glFinishFenceAPPLE функционируйте почти сразу после установки предела, в действительности необходимо разделить эти вызовы для разрешения параллельной работы GPU и CPU. Чтобы видеть, как это сделано, считайте Двойную буферизацию Использования для Предотвращения Конфликтов Ресурса.

Перечисление 10-5  Используя вершину выстраивает расширение диапазона с динамическими данными

//  To set up the vertex array range extension

glVertexArrayParameteriAPPLE(GL_VERTEX_ARRAY_STORAGE_HINT_APPLE, GL_STORAGE_SHARED_APPLE);

glVertexArrayRangeAPPLE(buffer_size, my_vertex_pointer);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY_RANGE_APPLE);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, my_vertex_pointer);

glSetFenceAPPLE(my_fence);

//  When you want to draw using the vertex data

draw_loop {

    glFinishFenceAPPLE(my_fence);

    GenerateMyDynamicVertexData(my_vertex_pointer);

    glFlushVertexArrayRangeAPPLE(buffer_size, my_vertex_pointer);

    PerformDrawing();

    glSetFenceAPPLE(my_fence);

}

Перечисление 10-6 показывает код, использующий расширение диапазона массива вершины со статическими данными. В отличие от установки для динамических данных, установка для статических данных включает использование подсказки для кэшированных данных. Поскольку данные статичны, является ненужным установить предел.

Перечисление 10-6  Используя вершину выстраивает расширение диапазона со статическими данными

//  To set up the vertex array range extension

GenerateMyStaticVertexData(my_vertex_pointer);

glVertexArrayParameteriAPPLE(GL_VERTEX_ARRAY_STORAGE_HINT_APPLE, GL_STORAGE_CACHED_APPLE);

glVertexArrayRangeAPPLE(array_size, my_vertex_pointer);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY_RANGE_APPLE);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

glVertexPointer(3, GL_FLOAT, stride, my_vertex_pointer);

//  When you want to draw using the vertex data

draw_loop {

    PerformDrawing();

}

Для получения дальнейшей информации на этом расширении, посмотрите, что спецификация OpenGL для вершины выстраивает расширение диапазона.

Объект массива вершины

Посмотрите на DrawUsingVertexBuffers функция в Перечислении 10-4. Это конфигурирует буферные указатели для позиции, цвета, и индексирующий перед вызовом glDrawElements. Более сложная структура вершины может потребовать, чтобы дополнительные буферные указатели были включены и изменены, прежде чем можно будет наконец нарисовать геометрию. Если Ваше приложение часто подкачивает между многократными конфигурациями элементов, изменение этих параметров добавляет значительные издержки к Вашему приложению. APPLE_vertex_array_object расширение позволяет Вам комбинировать набор буферных указателей в единственный объект OpenGL, позволяя Вам изменить все буферные указатели путем привязки различного объекта массива вершины.

Для использования этого расширения выполните эти шаги во время подпрограмм инициализации приложения:

1. Генерируйте объект массива вершины для конфигурации указателей, которые Вы хотите использовать вместе.

   void glGenVertexArraysAPPLE(sizei n, const uint *arrays);

   n число массивов, для которых Вы хотите создать идентификаторы.

   arrays указывает указатель на память для хранения имен массива.

   glGenVertexArraysAPPLE(1,&myArrayObject);

2. Свяжите объект массива вершины, который что Вы хотите сконфигурировать.

   void glBindVertexArrayAPPLE(uint array);

   array идентификатор для массива, из которого Вы получили glGenVertexArraysAPPLE.

   glBindVertexArrayAPPLE(myArrayObject);

3. Вызовите подпрограммы указателя (glColorPointer и т.д.), что Вы обычно вызывали бы в своем цикле рендеринга. Когда объект массива вершины связывается, эти вызовы изменяют в настоящее время связанный объект массива вершины вместо состояния OpenGL по умолчанию.

   glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, staticBuffer);

   glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

   glVertexPointer(2, GL_FLOAT, sizeof(vertexStatic), (void*)offsetof(vertexStatic,position));

   ...

4. Повторите предыдущие шаги для каждой конфигурации указателей вершины.

5. В Вашем цикле рендеринга замените вызовы для конфигурирования указателей массива с вызовом для привязки объекта массива вершины.

   glBindVertexArrayAPPLE(myArrayObject);

   glDrawArrays(...);

6. Если необходимо возвратиться к поведению OpenGL по умолчанию, вызвать glBindVertexArrayAPPLE и передача в 0.

   glBindVertexArrayAPPLE(0);