使用uniform块来优化对uniform变量的读写资料

1010使用uniform块来优化对uniform变量的读写Uniform块如果shader程序变得比较复杂，那么其中用到的uniform变量数量也会上升。通常会在多个shader程序中用到同一个uniform变量。而uniformbufferobject就是一种优化uniform变量访问，以及在不同的shader程序间共享uniform数据的方法。写法首先了解一下uniform块的写法。uniformb{//‘b’对应于外部访问时的名称vec4v1;//块中的变量列表boolv2;//…}；//访问成员时使用v1、v2或者uniformb{//‘b’对应于外部访问时的名称vec4v1;//块中的变量列表boolv2;//…}name;//访问成员时使用name.v1、name.v2注意，shader程序中的数据类型有两种：不透明的和透明的；其中不透明的包括sampler、image和atomiccounter。一个uniform块中只能包含透明类型的变量。另外，在同一个shader程序里的两个uniform块，里面的变量名都不能相同。下面我们以具体例子的编写过程来说明在如何使用uniform块，顺便了解一下CSharpGL是如何简化对uniform块的使用的。回到顶部(gototop)Shader我认为用ModernOpenGL渲染，首先要写shader。我们先看一个简单的vertexshader。复制代码#version330coreuniformmat4projectionMatrix;uniformmat4viewMatrix;uniformmat4modelMatrix;invec3vPos;invec3vColor;outvec3fColor;11voidmain(void){99{12gl_Position=projectionMatrix*viewMatrix*modelMatrix*vec4(vPos,1.0);fColor=vColor;}复制代码Uniforms”我们就把这里面的uniform变量换作块，如下，只是把原来的uniformUniforms”复制代码#version330coreuniformUniforms{mat4projectionMatrix;mat4viewMatrix;mat4modelMatrix;};invec3vPos;invec3vColor;outvec3fColor;voidmain(void){gl_Position=projectionMatrix*viewMatrix*modelMatrix*vec4(vPos,1.0);fColor=vColor;}复制代码而fragmentshader则更简单：复制代码#version330coreinvec3fColor;outvec4out_Color;voidmain(void){out_Color=vec4(fColor,1.0f);}复制代码回到顶部(gototop)准备工作传送一个自定义的structUniform块，实际上对应一个在应用程序客户端的struct类型。对于示例中的‘Uniforms'块，我们可以定义如下的结构体。为了方便对照，我们也用‘Uniforms'作为struct名，其实你可以用任意你喜欢的名字。复制代码structUniforms:IEquatable<Uniforms>{publicmat4projection;publicmat4view;publicmat4model;publicUniforms(mat4projection,mat4view,mat4model)TOC\o"1-5"\h\z{jection=projection;this.view=view;this.model=model;}publicboolEquals(Uniformsother){jection==jection&&this.view==other.view&&this.model==other.model;}}复制代码今后我们就将数据准备好后保存到一个Uniforms对象，最终传送到shader。uniform块结构这里是重点了。传送float类型的uniform变量，我们有UniformFloat；传送vec3类型的uniform变量，我们有UniformVec3。但是uniform块传送的是一个个可以任意自定义的不同的结构体(例如上面的structUniforms),因此最好用一个泛型的UniformBlock<T>。复制代码publicclassUniformBlock<T>:UniformSingleVariableBasewhereT:struct,IEquatable<T>{protectedTvalue;publicTValue{get{returnthis.value;}set10if(!value.Equals(this.value))1112this.value=value;13this.Updated=true;1415161718publicUniformBlock(stringblockName):base(blockName){}192010if(!value.Equals(this.value))1112this.value=value;13this.Updated=true;1415161718publicUniformBlock(stringblockName):base(blockName){}1920publicUniformBlock(stringblockName,Tvalue):base(blockName){this.Value=value;}2122protectedoverridevoidDoSetUniform(ShaderProgramprogram)2324//...2526复制代码UniformBlock<T>更新uniform块的操作比较复杂：它要创建一个uniformbufferobject,并与之绑定；以后它只需更新这个buffer里的数据，就可以实现对uniform块的更新。DoSetUniformSetUniform()对于普通的uniform变量，CSharpGL用Renderer.SetUniform(stringvarName,Tvalue)whereT:struct即可(无论是什么类型的uniform都可以处理)。对于Uniform块，也可以用这个方法!回到顶部(gototop)UniformBlockRenderer有了上述准备，我们就可以使用uniform块了。创建渲染器按照CSharpGL的传统，下面来创建一个UniformBlockRenderer，负责加载shader、模型数据和渲染工作。复制代码classUniformBlockRenderer:RendererpublicstaticUniformBlockRendererCreate()varmodel=newTeapot();//modelvarshaderCodes=newShaderCode[2];//shadersshaderCodes[0]=newShaderCode(File.ReadAllText(@"shaders\UniformBlock.vert"),ShaderType.VertexShader);shaderCodes[1]=newShaderCode(File.ReadAllText(@"shaders\UniformBlock.frag"),ShaderType.FragmentShader);varmap=newAttributeNameMap();//mappingrelationbetweenmodelandshadersmap.Add("vPos",Teapot.strPosition);map.Add("vColor",Teapot.strColor);varrenderer=newUniformBlockRenderer(model,shaderCodes,map);//rendererreturnrenderer;}}复制代码设置uniform块的值就像普通的uniform变量一样，我们也在Renderer.DoRender()方法里更新uniform块。复制代码protectedoverridevoidDoRender(RenderEventArgsarg){mat4projection=arg.Camera.GetProjectionMatrix();mat4view=arg.Camera.GetViewMatrix();mat4model=this.GetModelMatrix();//设置uniform块，只需这一行。this.SetUniform("Uniforms",newUniforms(projection,view,model));base.DoRender(arg);}复制代码完成的效果如图，能够正常渲染，说明我们成功地更新了uniform块里的数据。回到顶部(gototop)下载CSharpGL已在GitHub开源，欢迎对OpenGL有兴趣的同学力口入(/bitzhuwei/CSharpGL)回到顶部(gototop)总结借助C#的struct与byte□的相互转换，加上CSharpGL对ModernRendering的封装，实际上我们不需要调用glGetUniformIndices、glGetActiveUniformsiv(用于获取shader中uniform块里的各个变量的偏移量)这些接口，就可以使用uniform块了。当shader中写了一个uniform块时，你只需在应用程序客户端也写一个对应的struct，然后用Renderer.SetUniform(blockName,structObj);一行即可实现对uniform块数据的更新。PS：测试过程中发现对于vec3结果正常，但是v