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news 2025/9/17 20:20:25

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实例化

对于在同一场景中使用相同顶点数据的对象（如草地中的草），可以使用实例化（Instancing）技术，用一个绘制函数让OpenGL绘制多个物体，而非循环（Drawcall: N->1）。

实例化技术本质上是减少了数据从CPU到GPU的传输次数。

实例化这项技术能够让我们使用一个渲染调用来绘制多个物体，来节省每次绘制物体时CPU -> GPU的通信，它只需要一次即可。

使用 glDrawArraysInstanced 和 glDrawElementsInstanced 就可以。这些渲染函数的实例化版本需要一个额外的参数，叫做实例数量(Instance Count)，它能够设置我们需要渲染的实例个数。

顶点着色器内建变量 gl_InstanceID 保存了当前渲染图元所在是实例索引。借助该变量，我们可以改变其位置，渲染方式等。从0开始，当渲染第43个实例时，该变量为42

索引一个包含100个偏移向量的uniform数组，将偏移值加到每个实例化的四边形上。最终的结果是一个排列整齐的四边形网格：

//vs
#version 330 core
out vec4 FragColor;in vec3 fColor;void main()
{FragColor = vec4(fColor, 1.0);
}//fs
#version 330 core
layout (location = 0) in vec2 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;out vec3 fColor;uniform vec2 offsets[100];void main()
{vec2 offset = offsets[gl_InstanceID];gl_Position = vec4(aPos + offset, 0.0, 1.0);fColor = aColor;
}//.cpp//定义数组
glm::vec2 translations[100];
int index = 0;
float offset = 0.1f;
for(int y = -10; y < 10; y += 2)
{for(int x = -10; x < 10; x += 2){glm::vec2 translation;translation.x = (float)x / 10.0f + offset;translation.y = (float)y / 10.0f + offset;translations[index++] = translation;}
}//将数组转移到顶点着色器的uniform中
shader.use();
for(unsigned int i = 0; i < 100; i++)
{stringstream ss;string index;ss << i; index = ss.str(); shader.setVec2(("offsets[" + index + "]").c_str(), translations[i]);
}//绘制
glBindVertexArray(quadVAO);
glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, 6, 100);

实例化数组

实例化数组(Instanced Array)，它被定义为一个顶点属性（能够让我们储存更多的数据），仅在顶点着色器渲染一个新的实例时才会更新。

使用顶点属性时，顶点着色器的每次运行都会让GLSL获取新一组适用于当前顶点的属性。而当我们将顶点属性定义为一个实例化数组时，顶点着色器就只需要对每个实例，而不是每个顶点，更新顶点属性的内容了。这允许我们对逐顶点的数据使用普通的顶点属性，而对逐实例的数据使用实例化数组。

#version 330 core
layout (location = 0) in vec2 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aOffset;//实例化数组out vec3 fColor;void main()
{gl_Position = vec4(aPos + aOffset, 0.0, 1.0);fColor = aColor;
}

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);
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);

可以看到，唯一的区别在于 glVertexAttribDivisor(AttribIdx,Count) 函数。这个函数定义了什么时候更新顶点属性的内容到新一组数据。Count参数为0时，每次顶点着色器运行都更新，即默认的方式；参数为1时，运行到每个实例时更新；参数为2时，每两个实例更新，以此类推。

小行星带

随机代码：

unsigned int amount = 1000;
glm::mat4 *modelMatrices;
modelMatrices = new glm::mat4[amount];
srand(glfwGetTime()); // 初始化随机种子    
float radius = 50.0;
float offset = 2.5f;
for(unsigned int i = 0; i < amount; i++)
{glm::mat4 model;// 1. 位移：分布在半径为 'radius' 的圆形上，偏移的范围是 [-offset, offset]float angle = (float)i / (float)amount * 360.0f;float displacement = (rand() % (int)(2 * offset * 100)) / 100.0f - offset;float x = sin(angle) * radius + displacement;displacement = (rand() % (int)(2 * offset * 100)) / 100.0f - offset;float y = displacement * 0.4f; // 让行星带的高度比x和z的宽度要小displacement = (rand() % (int)(2 * offset * 100)) / 100.0f - offset;float z = cos(angle) * radius + displacement;model = glm::translate(model, glm::vec3(x, y, z));// 2. 缩放：在 0.05 和 0.25f 之间缩放float scale = (rand() % 20) / 100.0f + 0.05;model = glm::scale(model, glm::vec3(scale));// 3. 旋转：绕着一个（半）随机选择的旋转轴向量进行随机的旋转float rotAngle = (rand() % 360);model = glm::rotate(model, rotAngle, glm::vec3(0.4f, 0.6f, 0.8f));// 4. 添加到矩阵的数组中modelMatrices[i] = model;
}

绘制代码：

// 绘制行星
shader.use();
glm::mat4 model;
model = glm::translate(model, glm::vec3(0.0f, -3.0f, 0.0f));
model = glm::scale(model, glm::vec3(4.0f, 4.0f, 4.0f));
shader.setMat4("model", model);
planet.Draw(shader);// 绘制小行星
for(unsigned int i = 0; i < amount; i++)
{shader.setMat4("model", modelMatrices[i]);rock.Draw(shader);
}