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实践应用层AttributeSetting_tAttributeSetting_t 外部的使用Vertex Shader 运行效果30000 个陨石60000 个陨石12W 个陨石24W48W好烦，直接 600W 吧！ 600W 顶点数后续优化扩展References

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LearnGL - 学习笔记目录

上一篇：LearnGL - 18 - Instancing/Instanced Rendering - 多实例渲染1 - glDrawElementsInstanced，使用的是 UBO 的方式来作为多实例属性，但是 UBO 大小限制相当大

这一片：我们使用了另一个接口：glVertexAttribDivisor 处理，将 多实例属性大小的问题，分散到了每一个绘制实例，这样，多实例属性的数量可以提供到和正常的 uniform 的使用数量、大小一样

然后绘制效果可达 600W+ 个小陨石的性能

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实践

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应用层

C++ 应用层的改动，添加了一个动态的 Attribute 功能

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AttributeSetting_t

这个数据结构是为了方便不同 shader 可以添加自定义的属性

struct AttributeSetting_t { public: // 属性类型，非 CUSTOM 的都是内置的 Attribute_Type type; // 属性名字 std::string name; // glBindBuffer // buffer 的目标类型 GLenum buffer_target; // buffer 实例对象 GLuint buffer_obj; // glVertexAttribPointer // 分量数量 GLint component_size; // 分量类型 GLenum component_type; // 是否归一化 GLboolean component_normalized; // 单个属性的字节长度，如果是0的话，意味着紧密排列着 GLsizei component_stride; // 在 buffer 段中的地址的字节偏移量 const void* attris_pointer_offset; // glVertexAttribDivisor // 是否多实例属性 bool instancing; // 间隔实例数量（即：每间隔多少个绘制实例就使用下一个属性，如果为0的话，则多实例将被禁用） GLuint divisor; // attribute location 的偏移 GLuint loc_offset; };

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AttributeSetting_t 外部的使用

mat->instancing = true; mat->instanc_count = INSTANCING_COUNT; // mesh renderer - component MeshRenderer* mr = new MeshRenderer(); mr->setQueue(RenderQueueType::Transprent); getOwner()->addComp(mr); GameObject* go = getOwner(); vec3 loc_scl = go->getTrans()->local_scale; for (size_t i = 0; i < INSTANCING_COUNT; i++) { mat4 tMat, rMat, sMat, com_rMat; tMat = glm::identity<mat4>(); rMat = glm::identity<mat4>(); sMat = glm::identity<mat4>(); com_rMat = glm::identity<mat4>(); // s vec3 s = vec3( loc_scl.x + ran_range(0.0f, -0.9f), loc_scl.y + ran_range(0.0f, -0.9f), loc_scl.z + ran_range(0.0f, -0.9f)); // r vec3 r = vec3( ran_range(-360.0f, 360.0f), ran_range(-360.0f, 360.0f), ran_range(-360.0f, 360.0f)); // t float y_scale = INSTANCING_COUNT < 30000 ? 1.0f : ((float)INSTANCING_COUNT / 30000); vec3 t = vec3(ran_range(80.0f, 100.0f), ran_range(-10.0f, 10.0f) * y_scale, 0.0f); // s sMat = glm::scale(sMat, s); // r rMat = glm::rotate(rMat, D2R(r.y), vec3(0, 1, 0)); rMat = glm::rotate(rMat, D2R(r.x), vec3(1, 0, 0)); rMat = glm::rotate(rMat, D2R(r.z), vec3(0, 0, 1)); // t tMat = glm::translate(tMat, t); // 公转角度 com_rMat = glm::rotate(com_rMat, D2R(ran_range(-360.0f, 360.f)), vec3(0, 1, 0)); // trs 矩阵 instancingMat[i] = (com_rMat * tMat * rMat * sMat); } Pass* pass = mat->getPasses().at(0); assert(instancing_mMat_buffer_obj == NULL); if (instancing_mMat_buffer_obj == NULL) { instancing_mMat_buffer_obj = new GLuint(); glGenBuffers(1, instancing_mMat_buffer_obj); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, *instancing_mMat_buffer_obj); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, INSTANCING_COUNT * sizeof(glm::mat4), &instancingMat[0], GL_STATIC_DRAW); } // GLSL 每个 vertex attribute （顶点属性）最大长度与 vec4 一样 // 而一个 mat4 有4个 vec4，所以需要遍历处理 for (size_t i = 0; i < 4; i++) { AttributeSetting_t attrib_setting = { Attribute_Type::CUSTOM, "instancing_mMat", // glBindBuffer GL_ARRAY_BUFFER, *instancing_mMat_buffer_obj, // glVertexAttribPointer 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(mat4), (void*)(sizeof(vec4) * i), // glVertexAttribDivisor true, 1, // loc offset i }; pass->attributes->push_back(attrib_setting); }

底层遍历属性处理

Vertex Shader

还是和之前一样，只有 顶点着色器 有改动，相比前一篇的实现方式来说，这种方式最大的好处是：

突破了 UBO 大小限制问题不用在 shader 中指定 instancing 的数量 // jave.lin - testing_instancing_divisor.vert #version 450 compatibility #extension GL_ARB_shading_language_include : require #include "/Include/my_global.glsl" // vertex data in vec3 vPos; // 顶点坐标 in vec2 vUV0; // 顶点纹理坐标 in vec3 vNormal; // 顶点法线 in mat4 instancing_mMat; // 多实例的 model matrix // vertex data - interpolation out vec2 fUV0; // 给 fragment shader 传入的插值 out vec3 fNormal; // 世界坐标顶点法线 out vec3 fWorldPos; // 世界坐标 void main() { mat4 new_mMat = mMat * instancing_mMat; // 将原来的 mMat 累计变换到新的 model matrix mat4 it_mMat = transpose(inverse(new_mMat)); // 求得新的逆矩阵的转置矩阵，用于变换法线用 // vec4 worldPos = mMat * vec4(vPos, 1.0); // 原来直接 model matrix 变换即可 vec4 worldPos = new_mMat * vec4(vPos, 1.0); // 现在使用新的 model matrix 变换 fUV0 = vUV0; // UV0 fNormal = normalize(mat3(it_mMat) * vNormal); // 用新的 it_mMat 矩阵来将模型空间的法线，变换到，世界坐标法线 fWorldPos = worldPos.xyz; // 世界坐标 gl_Position = vpMat * worldPos; // Clip pos }

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运行效果

30000 个陨石

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60000 个陨石

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12W 个陨石

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24W

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48W

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好烦，直接 600W 吧！

首先，因为我每次 2^N 的添加大小，发现性能还是杠杠的，所以我干脆弄大一些数值，一番10+倍

然后惊呆了，我的应用层为了初始化 600W个 model matrix，就用了 2分钟，因为计算量非常大

然后我的相机由原来的 far:1000，设置到:10000了

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600W 顶点数

我的一个陨石实际是一个 Cube

这个 Cube 我还是简化过的，只有 8 个顶点，因为使用了索引

600W * 8 = 4800W 个顶点

我的显卡还是一般般的游戏本的

但这个绘制性能提升还是杠杠的！

下面是我几年前的游戏本中的显卡

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后续优化

后续还会有另一篇 instancing 的其他方式，使用的是缓存纹理对象的方式

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扩展

缓存纹理这种方式在市场上应用比较多

特别是 “GPU 蒙皮 Like” 的方式应用优化大批量动画的方式

为何我加个 “Like” 因为不是真的实时计算蒙皮的方式

而是在 CPU 层，先将对应动画的蒙皮的顶点坐标 Baking（烘焙）到一张1维纹理，将：动画帧数、顶点索引、顶点位置，都写入，然后 Vertex Shader 读取顶点位置即可

唯一缺点：

不便于动画混合还有如果超慢镜头（子弹时间）时，动画的可能会有跳帧（但是可以通过帧之间的数据做插值也是可以的）

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References

OpenGL 红宝书 第9版 第三章实例化