By Ne0 — Mar 6, 2024

Learn OpenGL 笔记5.10 Instancing（实例化）

如果我们渲染如下一堆一模一样的对象，会出现性能问题，draw calls太多了

for(unsigned int i = 0; i < amount_of_models_to_draw; i++)
{
    DoSomePreparations(); // bind VAO, bind textures, set uniforms etc.
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, amount_of_vertices);
}

实例化是一种技术，我们通过一次渲染调用，绘制多个（相等的网格数据）对象，每次我们需要渲染对象时，都可以节省所有 CPU -> GPU 通信（有些类似合批了）

我们需要做的就是将渲染调用 glDrawArrays 和 glDrawElements 分别更改为 glDrawArraysInstanced 和 glDrawElementsInstanced。

1.Instance的使用

vs代码：设置100个offsets的vector2

#version 330 core
layout (location = 0) in vec2 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;

out vec3 fColor;

//设置100个offsets的vector2
uniform vec2 offsets[100];

void main()
{
    vec2 offset = offsets[gl_InstanceID];
    gl_Position = vec4(aPos + offset, 0.0, 1.0);
    fColor = aColor;
}

CPP代码中，通过setVec2的方法，直接给offsets[100]赋值：


shader.use();
for(unsigned int i = 0; i < 100; i++)
{
    shader.setVec2(("offsets[" + std::to_string(i) + "]")), translations[i]);
}

渲染100次instance的方法：

glBindVertexArray(quadVAO);
glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, 6, 100);

2.Instanced arrays 实例队列

虽然之前的实现在这个特定用例中运行良好，但每当我们渲染超过 100 个实例时，如果我们再用

shader.setVec2(("offsets[" + std::to_string(i) + "]")), translations[i]);

发送数组信息给shader，就会达到发送到着色器的一次性数据量的限制。为了解决这个问题，引申出Instanced arrays称为实例化数组.

实例化数组被定义为一个顶点属性（允许我们存储更多的数据），逐实例更新而不是逐顶点更新。

2.1 先定义一个instanced的buffer,长度为100

unsigned int instanceVBO;
glGenBuffers(1, &instanceVBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, instanceVBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(glm::vec2) * 100, &translations[0], GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

2.2 激活buffer:

glEnableVertexAttribArray(2);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, instanceVBO);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 2 * sizeof(float), (void*)0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);	
glVertexAttribDivisor(2, 1);

glVertexAttribDivisor函数告诉 OpenGL 何时将顶点属性的内容更新到下一个元素.

glVertexAttribDivisor(2, 1); 其中第一个参数，表示，传入到vs中的数据，坐标为2，如下代码：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec2 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aOffset; //这个地方是坐标为2

out vec3 fColor;

void main()
{
    fColor = aColor;
    gl_Position = vec4(aPos + aOffset, 0.0, 1.0);
}

glVertexAttribDivisor(2, 1); 其中第二个参数，表示，渲染1次，translations[0]数组进入下一个数。

2.3 while中的渲染代码：

        // draw 100 instanced quads
        shader.use();
        glBindVertexArray(quadVAO);
        glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, 6, 100); // 100 triangles of 6 vertices each
        glBindVertexArray(0);

渲染一百次，vs中自动会传入aOffset数据

3.An asteroid field （渲染小行星带）

关键代码分析：


// vertex buffer object 配置vs读取的偏移信息
unsigned int buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, amount * sizeof(glm::mat4), &modelMatrices[0], GL_STATIC_DRAW);

//这里的rock.meshes.size()经过断点，长度就为1，是rock这个meshObj里面的mesh列表
for(unsigned int i = 0; i < rock.meshes.size(); i++)
{
    unsigned int VAO = rock.meshes[i].VAO;
    glBindVertexArray(VAO);
    // vertex attributes
    std::size_t vec4Size = sizeof(glm::vec4);

    //这里为什么要分4个呢，因为vs第三个输入参数是一个4*4矩阵，所以用4个vector4来替代
    glEnableVertexAttribArray(3); 
    glVertexAttribPointer(3, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * vec4Size, (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(4); 

    //这里的(void*)(1 * vec4Size))表示矩阵中的某个行的起始位置
    glVertexAttribPointer(4, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * vec4Size, (void*)(1 * vec4Size));
    glEnableVertexAttribArray(5); 
    glVertexAttribPointer(5, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * vec4Size, (void*)(2 * vec4Size));
    glEnableVertexAttribArray(6); 
    glVertexAttribPointer(6, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 4 * vec4Size, (void*)(3 * vec4Size));

    glVertexAttribDivisor(3, 1);
    glVertexAttribDivisor(4, 1);
    glVertexAttribDivisor(5, 1);
    glVertexAttribDivisor(6, 1);

    glBindVertexArray(0);
}

while中的代码：

        // draw meteorites  通过instance array buffer大量传值
        asteroidShader.use();
        asteroidShader.setInt("texture_diffuse1", 0);
        glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, rock.textures_loaded[0].id); // note: we also made the textures_loaded vector public (instead of private) from the model class.
        for (unsigned int i = 0; i < rock.meshes.size(); i++)
        {
            glBindVertexArray(rock.meshes[i].VAO);
            //这里的 amount 是自定义的，当前值为10000000
            glDrawElementsInstanced(GL_TRIANGLES, rock.meshes[i].indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0, amount);
            glBindVertexArray(0);
        }