如何将大型四边形基元数组转换为三角形基元？

Question

我有一个提供 3D 网格的现有系统。提供的数据是一个顶点坐标数组，包含 3 个分量（x、y、z）和一个索引列表。 问题是索引列表是四元组的连续数组。
系统必须首先使用核心配置文件OpenGL Context 运行，然后再使用 OpenGL ES 3.x。

我知道所有四边形的绕组顺序都相同（逆时针），但我没有关于四边形的更多信息。我对他们的关系或邻接关系一无所知。

由于我想使用核心配置文件Context 进行渲染，我不能使用GL_QUAD 原始类型。我必须将四边形转换为三角形。

当然，四边形索引数组可以很容易地转换为三角形索引数组：

std::vector<unsigned int> triangles;
triangles.reserve( no_of_indices * 6 / 4 );
for ( int i = 0; i < no_of_indices; i += 4 )
{
    int tri[] = { quad[i], quad[i+1], quad[i+2], quad[i], quad[i+2], quad[i+3] };
    triangles.insert(triangles.end(), tri, tri+6 );
}

如果必须只执行一次，那么这就是解决方案。但是网格数据不是静态的。数据可以动态变化。 数据不会每次都连续变化，而是变化莫测，随机变化。

另一个简单的解决方案是创建一个顶点数组对象，它直接引用一个带有四边形的元素数组缓冲区，并使用GL_TRIANGLE_FAN 原始类型将它们绘制在一个循环中：

for ( int i = 0; i < no_of_indices; i += 4 )
    glDrawElements( GL_TRIANGLE_FAN, 4, GL_UNSIGNED_INT, (void*)(sizeof(unsigned int) * 4) );

但我希望有更好的解决方案。我正在寻找一种可能性，可以通过一次绘制调用绘制四边形，或者在 GPU 上将四边形转换为三角形。

Answer 1

如果必须只执行一次，那么这就是解决方案。但网格数据不是静态的。

网格数据可能是动态的，但该列表的拓扑是相同的。每4个顶点是一个四边形，所以每4个顶点代表三角形（0,1,2）和（0,2,3）。

因此，您可以构建一个任意大的 静态 索引缓冲区，其中包含一系列不断增加的数字（0、1、2、0、2、3、4、5、6、4、6 , 7 等)。您甚至可以use baseVertex rendering 偏移它们以使用相同的索引缓冲区渲染不同系列的四边形。

我的建议是让索引缓冲区使用GLushort 作为索引类型。这样，您的索引数据每个四边形仅占用 12 个字节。使用 shorts 可以在单个绘图命令中限制为 16384 个四边形，但您可以重用相同的索引缓冲区以使用 baseVertex 渲染绘制多个系列的四边形：

constexpr GLushort batchSize = 16384;
constexpr unsigned int vertsPerQuad = 6;
void drawQuads(GLuint quadCount)
{
  //Assume VAO is set up.
  int baseVertex = 0;
  while(quadCount > batchSize)
  {
    glDrawElementsBaseVertex(GL_TRIANGLES​, batchSize * vertsPerQuad, GL_UNSIGNED_SHORT, 0, baseVertex​ * 4);
    baseVertex += batchSize;
    quadCount -= batchSize;
  }
  glDrawElementsBaseVertex(GL_TRIANGLES​, quadCount * vertsPerQuad, GL_UNSIGNED_SHORT, 0, baseVertex​ * 4);
}

---

如果你想要稍微少一点的索引数据，你可以使用primitive restart indices。这允许您指定一个索引来表示“重新启动原语”。这允许您使用GL_TRIANGLE_STRIP 基元并将基元分解为多个部分，同时仍然只有一个绘图调用。因此，不是每个四边形有 6 个索引，而是有 5 个，第 5 个是重新启动索引。所以现在你的 GLushort 索引每个四边形只占用 10 个字节。但是，batchSize 现在必须为 16383，因为索引 0xFFFF 保留用于重新启动。而vertsPerQuad 必须是 5。

当然，baseVertex 渲染在基元重启时工作得很好，所以上面的代码也可以工作。

Answer 2

首先我想提一下，这不是我想自己回答的问题，但我想提供我目前对这个问题的解决方案。 这意味着，我仍在寻找“最佳”解决方案，完全可以接受的解决方案。

在我的解决方案中，我决定使用Tessellation。我绘制大小为 4 的补丁：

glPatchParameteri( GL_PATCH_VERTICES, self.__patch_vertices )
glDrawElements( GL_PATCHES, no_of_indices, GL_UNSIGNED_INT, 0 )

Tessellation Control Shader 具有默认行为。补丁数据直接从顶点着色器调用传递到曲面细分图元生成。因此可以完全省略。

Tessellation Evaluation Shader 使用四边形补丁 (quads) 创建 2 个三角形：

#version 450

layout(quads, ccw) in;

in TInOut
{
    vec3 pos;
} inData[];

out TInOut
{
    vec3 pos;
} outData;

uniform mat4 u_projectionMat44;

void main()
{
    const int inx_map[4] = int[4](0, 1, 3, 2);

    float i_quad = dot( vec2(1.0, 2.0), gl_TessCoord.xy );
    int   inx    = inx_map[int(round(i_quad))];

    outData.pos = inData[inx].pos;
    gl_Position = u_projectionMat44 * vec4( outData.pos, 1.0 );
}

另一种解决方案是使用Geometry Shader。输入基元类型lines_adjacency 提供4 个顶点，可以映射到2 个三角形（triangle_strip）。当然，这似乎是一个 hack，因为 lines adjacency 与 quad 完全不同，但它仍然有效。

glDrawElements( GL_LINES_ADJACENCY, no_of_indices, GL_UNSIGNED_INT, 0 );

几何着色器：

#version 450

layout( lines_adjacency ) in;
layout( triangle_strip, max_vertices = 4 ) out;

in TInOut
{
    vec3 pos;
} inData[];

out TInOut
{
    vec3 col;
} outData;

uniform mat4 u_projectionMat44;

void main()
{
    const int inx_map[4] = int[4](0, 1, 3, 2);
    for ( int i=0; i < 4; ++i )
    {
        outData.pos = inData[inx_map[i]].pos;
        gl_Position = u_projectionMat44 * vec4( outData.pos, 1.0 );
        EmitVertex();
    }
    EndPrimitive();
}

---

一种改进是使用Transform Feedback 来捕获包含三角形基元的新缓冲区。