2D 粒子系统 - 性能答案

【问题标题】：2D Particle System - Performance2D 粒子系统 - 性能
【发布时间】：2011-09-22 23:06:00
【问题描述】：

我已经根据"Bulding an Advanced Particle System" (John van der Burg, Game Developer Magazine, March 2000) 中概述的想法和概念实现了一个 2D 粒子系统。

现在我想知道我应该从这个系统中获得什么性能。我目前正在我的简单（未完成）SDL/OpenGL 平台游戏的上下文中对其进行测试，其中所有粒子每帧都会更新。绘制如下

// Bind Texture
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, *texture);
// for all particles
    glBegin(GL_QUADS);
    glTexCoord2d(0,0);  glVertex2f(x,y);
    glTexCoord2d(1,0);  glVertex2f(x+w,y);
    glTexCoord2d(1,1);  glVertex2f(x+w,y+h);
    glTexCoord2d(0,1);  glVertex2f(x,y+h);
    glEnd();

其中一个纹理用于所有粒子。

它可以平稳运行多达约 3000 个粒子。老实说，我期待更多，特别是因为这意味着要在屏幕上与多个系统一起使用。我应该期望多少个粒子才能平滑显示？

PS：我对 C++ 和 OpenGL 也比较陌生，所以很可能是我在某个地方搞砸了！？

编辑使用POINT_SPRITE

glEnable(GL_POINT_SPRITE);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, *texture);
glTexEnvi(GL_POINT_SPRITE, GL_COORD_REPLACE, GL_TRUE); 

// for all particles
    glBegin(GL_POINTS);
    glPointSize(size);
    glVertex2f(x,y);
    glEnd();

glDisable( GL_POINT_SPRITE );

根本看不出使用GL_QUADS 的性能差异！？

编辑使用VERTEX_ARRAY

// Setup
glEnable (GL_POINT_SPRITE);                                         
glTexEnvi(GL_POINT_SPRITE, GL_COORD_REPLACE, GL_TRUE);              
glPointSize(20);                                    

// A big array to hold all the points
const int NumPoints = 2000;
Vector2 ArrayOfPoints[NumPoints];
for (int i = 0; i < NumPoints; i++) {
    ArrayOfPoints[i].x = 350 + rand()%201;
    ArrayOfPoints[i].y = 350 + rand()%201;
}

// Rendering
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);     // Enable vertex arrays
glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, ArrayOfPoints);     // Specify data
glDrawArrays(GL_POINTS, 0, NumPoints);  // ddraw with points, starting from the 0'th point in my array and draw exactly NumPoints

使用 VA 对上述性能产生了影响。然后我尝试了 VBO，但并没有真正看到那里的性能差异？

【问题讨论】：

标签： c++ performance particle-system

【解决方案1】：

我不能说您对该解决方案有多少期望，但有一些方法可以改进它。

首先，通过使用 glBegin() 和 glEnd()，您使用的是立即模式，据我所知，这是最慢的做事方式。此外，它甚至不再出现在当前的 OpenGL 标准中。

对于 OpenGL 2.1

点精灵：

您可能想要使用点精灵。我使用它们实现了一个粒子系统，并提出了一个很好的性能（至少就我当时的知识而言）。使用点精灵，您每帧执行的 OpenGL 调用更少，并且您向显卡发送的数据更少（或者甚至将数据存储在显卡上，对此不确定）。一个简短的谷歌搜索甚至应该给你一些实现来看看。

顶点数组：

如果使用点精灵没有帮助，您应该考虑将顶点数组与点精灵结合使用（以节省一点内存）。基本上，您必须将粒子的顶点数据存储在一个数组中。然后，您可以通过调用 glEnableClientState() 以 GL_VERTEX_ARRAY 作为参数来启用顶点数组支持。之后，调用 glVertexPointer()（参数在 OpenGL 文档中解释）并调用 glDrawArrays() 来绘制粒子。这会将您的 OpenGL 调用减少到只有少数，而不是每帧 3000 个调用。

适用于 OpenGL 3.3 及以上版本

实例化：

如果您针对 OpenGL 3.3 或更高版本进行编程，您甚至可以考虑使用实例化来绘制粒子，这样可以进一步加快速度。同样，简短的 google 搜索将让您查看一些关于此的代码。

一般：

使用 SSE：

此外，更新顶点位置可能会浪费一些时间。所以，如果你想加快速度，你可以看看使用 SSE 来更新它们。如果做得正确，您将获得很多性能（至少在大量粒子时）

数据布局：

最后，我最近找到了一个关于数组结构 (SoA) 和结构数组 (AoS) 的链接（divergentcoder.com/programming/aos-soa-explorations-part-1，谢谢 Ben）。以粒子系统为例，对它们对性能的影响进行了比较。

【讨论】：

我已使用glGetString(GL_VERSION) 确定我当前使用的是版本 2.1.2。你能给我指一个beginner 教程来解释如何使用Point Sprites 吗？我已经阅读了一些关于它的内容，听起来不错，但是我还没有找到合适的代码吗？关于 SoA vs Aos，你指的是divergentcoder.com/programming/aos-soa-explorations-part-1吗？（有人在我之前提出的另一个问题的答案中发布了它:)
哈，是的，这正是我的意思：D 好的，我又找到了这个网站：codesampler.com/oglsrc/oglsrc_6.htm，我上次基本上使用了那个代码。它不需要你做太多的改变，因为它仍然使用立即模式。因此，在那之后，如果您愿意，您仍然可以研究如何将其与 VBO 等高级 OpenGL 技术相结合
我已经为 Point Sprites 尝试了一些代码（请参阅我原始问题中的编辑），但我的屏幕上没有看到任何内容？
使用即时模式渲染是一个巨大的速度杀手，但一开始并不总是可见的。如果您的应用程序特别受 GPU 限制，那么在您开始受 CPU 限制之前它不会受到影响；在您的情况下，这可能是 3000 粒子标记。摆脱这种情况可能很困难，因为您每帧都在重新创建缓冲区（除非您可以使用单个四边形粒子并使用变换），但是进行一次绘制调用将为您节省 ton您的应用和驱动程序中的 CPU 时间。
@Ben glGetError() 是否返回任何错误状态？ glPointSize() 和 glPointParameterf() 设置正确了吗？

【解决方案2】：

考虑使用顶点数组而不是立即模式（glBegin/End）：http://www.songho.ca/opengl/gl_vertexarray.html

如果您愿意进入着色器，您也可以搜索“顶点着色器”并考虑在您的项目中使用该方法。

【讨论】：