OpenGL：批处理渲染器：转换应该发生在 CPU 还是 GPU 上？

Question

我正在开发一个未来将支持 3D 的 2D 游戏引擎。在当前的开发阶段，我正在开发批处理渲染器。你们中的一些人可能知道，当将图形批处理在一起时，对颜色 (RGBA)、纹理坐标、纹理 ID（纹理索引）和模型变换矩阵的统一支持超出了窗口，而是通过顶点缓冲区传递。现在，我已经实现了将模型的位置、颜色、纹理坐标和纹理 ID 传递到顶点缓冲区。我的顶点缓冲区格式现在看起来像这样：

float* v0 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID};
float* v1 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID};
float* v2 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID};
float* v3 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID};

我即将使用变换矩阵集成计算对象在世界空间中的位置。这导致我问这个问题：

转换矩阵应该乘以模型顶点在 CPU 或 GPU 上的位置吗？

要记住的是，如果我将它传递给顶点缓冲区，我将不得不为每个顶点上传一次变换矩阵（每个精灵 4 次），这对我来说似乎是浪费内存。另一方面，将模型顶点位置乘以 CPU 上的变换矩阵似乎比 GPU 的并发能力要慢。

如果我在 GPU 上计算变换，这就是我的顶点缓冲区格式的样子：

float* v0 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID, m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7, m8, m9, m10, m11, m12, m13, m14, m15};
float* v1 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID, m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7, m8, m9, m10, m11, m12, m13, m14, m15};
float* v2 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID, m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7, m8, m9, m10, m11, m12, m13, m14, m15};
float* v3 = {x, y, r, g, b, a, u, v, textureID, m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7, m8, m9, m10, m11, m12, m13, m14, m15};

这个问题主要是理论上驱动的。因此，我们将不胜感激理论上和技术上的答案。但作为参考，这里是代码。

Answer 1

应该在 CPU 还是 GPU 上进行转换？

这真的取决于手头的情况。如果您每帧都重新提交顶点，最好对最适合您的情况进行基准测试。如果您想在不重新提交所有顶点的情况下制作动画，您别无选择，只能将其应用到 GPU 上。

无论出于何种原因，如果您决定在 GPU 上应用变换，除了为每个顶点复制矩阵之外，还有更好的方法来做到这一点。我会将转换矩阵放在SSBO：

layout(std430, binding=0) buffer Models {
    mat4 MV[]; // model-view matrices
};

并在 VAO 的每个顶点中存储一个索引：

struct Vert {
    float x, y, r, g, b, a, u, v;
    int textureID, model;
};

顶点着色器可以根据索引属性去获取完整的矩阵：

layout(location = 0) in vec4 in_pos;
layout(location = 1) in int in_model;
void main() {
    gl_Position = MV[in_model] * in_pos;
}

您甚至可以将它与其他每个对象的属性结合起来，例如 textureID。

编辑：您可以通过实例化和多重绘制实现类似的效果。虽然它可能会更慢。

Answer 2

我不确定您的引擎代码实际上是什么样子，但我认为它看起来像任何其他 OpenGL 程序。

如果是这样，根据我的经验，通常应该将变换矩阵传递给顶点着色器，并在绘制场景时在 GPU 上应用给定的顶点信息。例如：

//MVP matrix
GLuint MatrixID = glGetUniformLocation(shaderProgID, "MVP");
glUniformMatrix4fv(MatrixID, 1, GL_FALSE, &mvp[0][0]);

但是如果你想找到一个特定组的所有顶点的世界坐标，在渲染功能之外，你可能需要在 CPU 上完成，或者你需要使用一些并行编程技术，如 OpenCL 来在 GPU 上完成工作。

最重要的是，为什么要在绘图程序之外专门获取世界坐标信息？如果您只是想找到模型的世界坐标，您可以简单地为场景中的每个模型设置一个中心坐标，并且只跟踪该单个坐标而不是整个网格组。

顶点信息应始终位于模型坐标中，并存储在顶点缓冲区中，无需触摸，除非您想对它们进行一些修改。