life02

    理解一個(gè)渲染引擎，我覺(jué)得最重要的是先抓住了它的主架構(gòu)，它的主線(xiàn)，渲染流程，不然的話(huà)，一個(gè)引擎幾萬(wàn)行，甚至幾十萬(wàn)行的代碼，光是打開(kāi)solution就能?chē)樐阋惶耍?/span>OGRE也有十幾萬(wàn)行的代碼量，我一開(kāi)始看它的時(shí)候也是無(wú)從下手，感覺(jué)代碼太多了，不知道從哪開(kāi)始看好，這個(gè)class看看，那個(gè)class看看，由于對(duì)整個(gè)引擎沒(méi)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，看過(guò)了也印象不深，所以，最后，還是決定先找出它的主線(xiàn)，了解它的渲染流程，這樣才能有機(jī)地把各個(gè)部分聯(lián)系起來(lái)。

    這篇短文也是對(duì)OGRE的主要渲染流程的一個(gè)介紹，可能對(duì)一些class不會(huì)太多地去介紹具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。我所用的代碼都是取自于OGRE的最新的CVS版本。

    讀者最好對(duì)OGRE有一定的了解，至少得看懂它的example，不然可能一些東西理解起來(lái)比較困難。對(duì)D3D，OPENGL有一定了解更好。

    如果你看過(guò)D3D SDK中帶的例子，你一定知道一個(gè)比較簡(jiǎn)單的3D程序要運(yùn)行起來(lái)，至少都會(huì)涉及以下的幾部分：

    首先是數(shù)據(jù)的來(lái)源，包括頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，紋理數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)可以從文件中讀取，也可以在程序運(yùn)行時(shí)生成。

    接下來(lái)，我們會(huì)建立頂點(diǎn)緩沖區(qū)把頂點(diǎn)保存起來(lái)，建立texture對(duì)象來(lái)表示texture，對(duì)頂點(diǎn)組成的物體設(shè)置它在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，設(shè)置攝像機(jī)的位置，視點(diǎn)，設(shè)置viewport的位置和大小，然后就可以在渲染循環(huán)中開(kāi)始調(diào)用渲染操作了，經(jīng)過(guò)了front buffer和back buffer的交換，我們就能在屏幕上看到3D圖形了，偽代碼如下：

      setupVertexBuffer

      setWorldTransform

      setCamera

      setProjectionTransform

      setViewport

       beginFrame

      setTexture

      drawObject

      endFrame 

     以下就是渲染一個(gè)物體的主要步驟，在我看來(lái)，這就是3D程序的主線(xiàn)，同樣道理，無(wú)論你多復(fù)雜的渲染引擎，都得實(shí)現(xiàn)上述的這些步驟，其他的一些效果如陰影，光照等，都是附著在這條主線(xiàn)上的，所以，如果你能在你所研究的渲染引擎上也清晰地看到這條主線(xiàn)，可能對(duì)你深入地研究它會(huì)大有幫助，下面，我們就一起來(lái)找到OGRE中的這條主線(xiàn)。

     OGRE的渲染循環(huán)都是起源于Root::renderOneFrame，這個(gè)函數(shù)在OGRE自帶的example中是不會(huì)顯式調(diào)用的，因?yàn)?/span>example都調(diào)用了Root::startRendering，由startRendering來(lái)調(diào)用renderOneFrame，如果你用OGRE來(lái)寫(xiě)真正的游戲，或者編輯器，你可能就需要在的消息主循環(huán)中調(diào)用renderOneFrame了，顧名思義，這個(gè)函數(shù)就是對(duì)整個(gè)OGRE進(jìn)行一幀的更新，包括動(dòng)畫(huà)，渲染狀態(tài)的改變，渲染api的調(diào)用等，在這個(gè)函數(shù)中，會(huì)包括了我們上述偽代碼的幾乎全部?jī)?nèi)容，所以是本文的重點(diǎn)所在。

     進(jìn)入renderOneFrame，可以看到頭尾兩個(gè)fire函數(shù)，這種函數(shù)在OGRE中經(jīng)常出現(xiàn)，一般都是fire…start和fire…end一起出現(xiàn)的，在這些函數(shù)中，可能會(huì)處理一些用戶(hù)自定義的操作，如_fireFrameStarted就會(huì)對(duì)所以的frameListener進(jìn)行處理，這些fire函數(shù)可以暫時(shí)不用理會(huì)，繼續(xù)看_updateAllRenderTargets，在這個(gè)函數(shù)中，會(huì)委派當(dāng)前所用的renderer對(duì)所有創(chuàng)建出來(lái)的render target進(jìn)行update，render target也就是渲染的目的地，一般會(huì)有兩種，一種是render texture，一種是render buffer，接著進(jìn)入RenderSystem::_updateAllRenderTargets，可以看到在render system中，對(duì)創(chuàng)建出來(lái)的render target是用RenderTargetPriorityMap來(lái)保存的，以便按照一定的順序來(lái)對(duì)render target進(jìn)行update，因?yàn)樵阡秩疚矬w到render buffer時(shí)，一般會(huì)用到之前渲染好的render texture，所以render texture形式的render target需要在render buffer之前進(jìn)行更新。

     進(jìn)入render target的update，可以看到，它仍然把update操作繼續(xù)傳遞下去，調(diào)用所有掛在這個(gè)render target上的viewport的update。

     Viewport其實(shí)就是定義了render target上的一塊要進(jìn)行更新的區(qū)域，所以一個(gè)render target是可以?huà)於鄠€(gè)viewport的，以實(shí)現(xiàn)多人對(duì)戰(zhàn)時(shí)分屏，或者是畫(huà)中畫(huà)等效果，可以把OGRE中的viewport看成是保存camera和rendertarget這兩者的組合，把viewport中所定義的camera所看到的場(chǎng)景內(nèi)容渲染到viewport所定義的render target的區(qū)域里。

     Viewport還有一個(gè)重要信息是ZOrder，可以看到RenderTarget中的ViewportList帶有一個(gè)比較函數(shù)，所以在RenderTarget::update中，ZOrder越小的，越先被渲染，所以，如果兩個(gè)viewport所定義的區(qū)域互相重疊了，而且ZOrder又不一樣，最終的效果就是ZOrder小的viewport的內(nèi)容會(huì)被ZOrder大的viewport的內(nèi)容所覆蓋。

     繼續(xù)進(jìn)入Viewport::update，就像前面所說(shuō)，它調(diào)用它所引用的camera來(lái)渲染整個(gè)場(chǎng)景，而在Camera::_renderScene中，是調(diào)用SceneManager::_renderScene(Camera* camera, Viewport* vp, bool includeOverlays)。SceneManager::_renderScene里就是具體的渲染流程了。從函數(shù)名稱(chēng)還有參數(shù)也可以看出來(lái)，這個(gè)函數(shù)的作用就是利用所指定的camera和viewport，來(lái)把場(chǎng)景中的內(nèi)容渲染到viewport所指定的render target的某塊區(qū)域中。根據(jù)camera，我們可以定出view matrix，projection matrix，還可以進(jìn)行視錐剔除，只渲染看得見(jiàn)的物體。注意，我們這里只看標(biāo)準(zhǔn)的SceneManager的方法，不看BspSceneManager派生類(lèi)的方法，而且，我們會(huì)拋開(kāi)跟主線(xiàn)無(wú)關(guān)的內(nèi)容，如對(duì)shadow的setup，骨骼動(dòng)畫(huà)的播放，shader參數(shù)的傳遞等，因?yàn)槲覀冎蛔⒅劁秩镜闹髁鞒獭?/span>

     在SceneManager::_renderScene中所應(yīng)看的第一個(gè)重要函數(shù)是_updateSceneGraph，OGRE對(duì)場(chǎng)景的組織是通過(guò)節(jié)點(diǎn)樹(shù)來(lái)組織的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)，你可以看成是空間中的某些變換的組合，如位置，縮放，旋轉(zhuǎn)等，這些變換，會(huì)作用到掛接在這些節(jié)點(diǎn)上的具體的物體的信息，也就是說(shuō)，節(jié)點(diǎn)保存了world transform，對(duì)具體的物體，如一個(gè)人，在空間中的定位，都是通過(guò)操作節(jié)點(diǎn)來(lái)完成的。同時(shí)節(jié)點(diǎn)還保存了一個(gè)世界坐標(biāo)的AABB，這個(gè)AABB能容納所有它所掛接的物體的大小，主要是用于視錐裁減的，如果當(dāng)前攝像機(jī)看不見(jiàn)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的AABB，那么說(shuō)明攝像機(jī)看不見(jiàn)節(jié)點(diǎn)所掛接的所有物體，所以在渲染時(shí)可以對(duì)這個(gè)節(jié)點(diǎn)視而不見(jiàn)。

     _updateSceneGraph的內(nèi)部處理比較繁瑣，我們只需知道，經(jīng)過(guò)了_updateSceneGraph，場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)樹(shù)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都經(jīng)過(guò)了更新，包括位置，縮放，和方位，還有節(jié)點(diǎn)的包圍盒。

     繼續(xù)回到SceneManager::_renderScene，接下來(lái)要看的是setViewport，它會(huì)調(diào)用具體的renderer的setviewport的操作，設(shè)置viewport中所掛接的render target為當(dāng)前所要渲染的目標(biāo)，viewport中的區(qū)域?yàn)楫?dāng)前所要渲染的目標(biāo)中的區(qū)域。

     接下來(lái)要碰到OGRE渲染流程中的一個(gè)重要的概念，Render Queue。這個(gè)東西實(shí)在內(nèi)容比較多，還是以后有機(jī)會(huì)單獨(dú)提出來(lái)說(shuō)吧，你可以簡(jiǎn)單把它想成是一個(gè)容器，里面的元素就是renderable，每個(gè)renderable可以看成是每次調(diào)用drawprimitive函數(shù)所渲染的物體，可以是一個(gè)模型，也可以是模型的一部分。在RenderQueue中，它會(huì)按材質(zhì)來(lái)分組這些renderable，還會(huì)對(duì)renderable進(jìn)行排序。

     在每一次調(diào)用SceneManager::_renderScene時(shí)，都會(huì)調(diào)用SceneManager::prepareRenderQueue來(lái)清理RenderQueue，然后再調(diào)用SceneManager::__findVisibleObjects來(lái)把當(dāng)前攝像機(jī)所能看見(jiàn)的物體都加入到RenderQueue中。

     SceneManager::__findVisibleObjects是一個(gè)遞歸的處理過(guò)程，它從場(chǎng)景的根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，先檢查攝像機(jī)是否能看見(jiàn)這個(gè)節(jié)點(diǎn)的包圍盒（包圍盒在_updateSceneGraph時(shí)已經(jīng)計(jì)算好了），如果看不見(jiàn)，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)，還有它的子節(jié)點(diǎn)都不用管了。如果能看見(jiàn)，再檢測(cè)掛在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上的所有MovableObject，如果當(dāng)前所檢測(cè)的MovableObject是可見(jiàn)的，就會(huì)調(diào)用它的_updateRenderQueue方法，一般在這個(gè)方法里就可以把和這個(gè)MovableObject相關(guān)的renderable送入RenderQueue了。

     這里要說(shuō)說(shuō)MovableObject，MovableObject主要是用于表示場(chǎng)景中離散的物體，如Entity，顧名思義，能移動(dòng)的物體，不過(guò)它的“能移動(dòng)”這個(gè)能力是要通過(guò)SceneNode來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以MovableObject來(lái)能顯示出來(lái)，首先得先掛接在某個(gè)場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)來(lái)定位。你可以控制MovableObject的一些屬性，如某個(gè)MovableObject是否要顯示，是否要隱藏，都可以通過(guò)MovableObject::setVisible方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

     檢測(cè)完該節(jié)點(diǎn)上的MovableObject之后，就繼續(xù)調(diào)用所有子節(jié)點(diǎn)的_findVisibleObjects方法，一直遞歸下去。這樣，就能把場(chǎng)景中所有要渲染的renderable所加入到RenderQueue中了。

     至此，我們就擁有了要渲染的物體的信息了，接下來(lái)就是對(duì)這些物體進(jìn)行渲染了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)跟D3D或OpenGL的代碼很類(lèi)似的調(diào)用：

       mDestRenderSystem->clearFrameBuffer

      mDestRenderSystem->_beginFrame   

       mDestRenderSystem->_setProjectionMatrix

       mDestRenderSystem->_setViewMatrix

       _renderVisibleObjects();

      mDestRenderSystem->_endFrame();

     這些api的作用和D3D中的類(lèi)似調(diào)用的作用都差不多，這里再說(shuō)一下_renderVisibleObjects()，在這個(gè)函數(shù)中，會(huì)對(duì)RenderQueue中的每個(gè)renderable進(jìn)行渲染，用的是visitor模式來(lái)遍歷操作每個(gè)renderable，最終在SceneManager::renderSingleObject中取出每個(gè)renderable所保存的頂點(diǎn)，索引，世界矩陣等信息，來(lái)進(jìn)行渲染。這其中還包括了查找離該renderable最近的光源等操作，比較復(fù)雜。

     到這里，SceneManager::_renderScene的流程基本走完了，也就是說(shuō)，OGRE一幀中的渲染流程差不多也結(jié)束了，你應(yīng)該也發(fā)現(xiàn)，這個(gè)流程跟你用D3D寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單程序的流程基本是一樣的，在這個(gè)流程的基礎(chǔ)上，再去看具體的實(shí)現(xiàn)，如怎么樣設(shè)置紋理，怎么樣調(diào)用你熟悉的D3D或OpenGL的API來(lái)渲染物體，應(yīng)該會(huì)簡(jiǎn)單得多。

     對(duì)OGRE的渲染流程的大概介紹到這里也結(jié)束了，很多細(xì)節(jié)都沒(méi)涉及，以后有機(jī)會(huì)再寫(xiě)吧。