OGRE主要渲染流程簡介
謝偉亮 feiyurainy@163.com
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很早以前就想寫一些關于OGRE的文章了，一直沒機會。
理解一個渲染引擎，我覺得最重要的是先抓住了它的主架構，它的主線，渲染流程，不然的話，一個引擎幾萬行，甚至幾十萬行的代碼，光是打開solution就能嚇你一跳了，OGRE也有十幾萬行的代碼量，我一開始看它的時候也是無從下手，感覺代碼太多了，不知道從哪開始看好，這個class看看，那個class看看，由于對整個引擎沒有一個清晰的認識，看過了也印象不深，所以，最后，還是決定先找出它的主線，了解它的渲染流程，這樣才能有機地把各個部分聯系起來。
這篇短文也是對OGRE的主要渲染流程的一個介紹，可能對一些class不會太多地去介紹具體的實現細節。我所用的代碼都是取自于OGRE的最新的CVS版本。
讀者最好對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比較困難。對D3D，OPENGL有一定了解更好。
如果你看過D3D SDK中帶的例子，你一定知道一個比較簡單的3D程序要運行起來，至少都會涉及以下的幾部分：
首先是數據的來源，包括頂點數據，紋理數據等，這些數據可以從文件中讀取，也可以在程序運行時生成。
接下來，我們會建立頂點緩沖區把頂點保存起來，建立texture對象來表示texture，對頂點組成的物體設置它在世界坐標系下的坐標，設置攝像機的位置，視點，設置viewport的位置和大小，然后就可以在渲染循環中開始調用渲染操作了，經過了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
以下就是渲染一個物體的主要步驟，在我看來，這就是3D程序的主線，同樣道理，無論你多復雜的渲染引擎，都得實現上述的這些步驟，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，可能對你深入地研究它會大有幫助，下面，我們就一起來找到OGRE中的這條主線。
OGRE的渲染循環都是起源于Root::renderOneFrame，這個函數在OGRE自帶的example中是不會顯式調用的，因為example都調用了Root::startRendering，由startRendering來調用renderOneFrame，如果你用OGRE來寫真正的游戲，或者編輯器，你可能就需要在的消息主循環中調用renderOneFrame了，顧名思義，這個函數就是對整個OGRE進行一幀的更新，包括動畫，渲染狀態的改變，渲染api的調用等，在這個函數中，會包括了我們上述偽代碼的幾乎全部內容，所以是本文的重點所在。
進入renderOneFrame，可以看到頭尾兩個fire函數，這種函數在OGRE中經常出現，一般都是fire…start和fire…end一起出現的，在這些函數中，可能會處理一些用戶自定義的操作，如_fireFrameStarted就會對所以的frameListener進行處理，這些fire函數可以暫時不用理會，繼續看_updateAllRenderTargets，在這個函數中，會委派當前所用的renderer對所有創建出來的render target進行update，render target也就是渲染的目的地，一般會有兩種，一種是render texture，一種是render buffer，接著進入RenderSystem::_updateAllRenderTargets，可以看到在render system中，對創建出來的render target是用RenderTargetPriorityMap來保存的，以便按照一定的順序來對render target進行update，因為在渲染物體到render buffer時，一般會用到之前渲染好的render texture，所以render texture形式的render target需要在render buffer之前進行更新。
進入render target的update，可以看到，它仍然把update操作繼續傳遞下去，調用所有掛在這個render target上的viewport的update。
Viewport其實就是定義了render target上的一塊要進行更新的區域，所以一個render target是可以掛多個viewport的，以實現多人對戰時分屏，或者是畫中畫等效果，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所看到的場景內容渲染到viewport所定義的render target的區域里。
Viewport還有一個重要信息是ZOrder，可以看到RenderTarget中的ViewportList帶有一個比較函數，所以在RenderTarget::update中，ZOrder越小的，越先被渲染，所以，如果兩個viewport所定義的區域互相重疊了，而且ZOrder又不一樣，最終的效果就是ZOrder小的viewport的內容會被ZOrder大的viewport的內容所覆蓋。
繼續進入Viewport::update，就像前面所說，它調用它所引用的camera來渲染整個場景，而在Camera::_renderScene中，是調用SceneManager::_renderScene(Camera* camera, Viewport* vp, bool includeOverlays)。SceneManager::_renderScene里就是具體的渲染流程了。從函數名稱還有參數也可以看出來，這個函數的作用就是利用所指定的camera和viewport，來把場景中的內容渲染到viewport所指定的render target的某塊區域中。根據camera，我們可以定出view matrix，projection matrix，還可以進行視錐剔除，只渲染看得見的物體。注意，我們這里只看標準的SceneManager的方法，不看BspSceneManager派生類的方法，而且，我們會拋開跟主線無關的內容，如對shadow的setup，骨骼動畫的播放，shader參數的傳遞等，因為我們只注重渲染的主流程。
在SceneManager::_renderScene中所應看的第一個重要函數是_updateSceneGraph，OGRE對場景的組織是通過節點樹來組織的，一個節點，你可以看成是空間中的某些變換的組合，如位置，縮放，旋轉等，這些變換，會作用到掛接在這些節點上的具體的物體的信息，也就是說，節點保存了world transform，對具體的物體，如一個人，在空間中的定位，都是通過操作節點來完成的。同時節點還保存了一個世界坐標的AABB，這個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，如果當前攝像機看不見某個節點的AABB，那么說明攝像機看不見節點所掛接的所有物體，所以在渲染時可以對這個節點視而不見。
_updateSceneGraph的內部處理比較繁瑣，我們只需知道，經過了_updateSceneGraph，場景節點樹中的每個節點都經過了更新，包括位置，縮放，和方位，還有節點的包圍盒。
繼續回到SceneManager::_renderScene，接下來要看的是setViewport，它會調用具體的renderer的setviewport的操作，設置viewport中所掛接的render target為當前所要渲染的目標，viewport中的區域為當前所要渲染的目標中的區域。
接下來要碰到OGRE渲染流程中的一個重要的概念，Render Queue。這個東西實在內容比較多，還是以后有機會單獨提出來說吧，你可以簡單把它想成是一個容器，里面的元素就是renderable，每個renderable可以看成是每次調用drawprimitive函數所渲染的物體，可以是一個模型，也可以是模型的一部分。在RenderQueue中，它會按材質來分組這些renderable，還會對renderable進行排序。
在每一次調用SceneManager::_renderScene時，都會調用SceneManager::prepareRenderQueue來清理RenderQueue，然后再調用SceneManager::__findVisibleObjects來把當前攝像機所能看見的物體都加入到RenderQueue中。
SceneManager::__findVisibleObjects是一個遞歸的處理過程，它從場景的根節點開始，先檢查攝像機是否能看見這個節點的包圍盒（包圍盒在_updateSceneGraph時已經計算好了），如果看不見，那么這個節點，還有它的子節點都不用管了。如果能看見，再檢測掛在這個節點上的所有MovableObject，如果當前所檢測的MovableObject是可見的，就會調用它的_updateRenderQueue方法，一般在這個方法里就可以把和這個MovableObject相關的renderable送入RenderQueue了。
這里要說說MovableObject，MovableObject主要是用于表示場景中離散的物體，如Entity，顧名思義，能移動的物體，不過它的“能移動”這個能力是要通過SceneNode來實現的，所以MovableObject來能顯示出來，首先得先掛接在某個場景節點上，通過場景節點來定位。你可以控制MovableObject的一些屬性，如某個MovableObject是否要顯示，是否要隱藏，都可以通過MovableObject::setVisible方法來實現。
檢測完該節點上的MovableObject之后，就繼續調用所有子節點的_findVisibleObjects方法，一直遞歸下去。這樣，就能把場景中所有要渲染的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，接下來就是對這些物體進行渲染了，你會發現跟D3D或OpenGL的代碼很類似的調用：
mDestRenderSystem->clearFrameBuffer
mDestRenderSystem->_beginFrame
mDestRenderSystem->_setProjectionMatrix
mDestRenderSystem->_setViewMatrix
_renderVisibleObjects();
mDestRenderSystem->_endFrame();
這些api的作用和D3D中的類似調用的作用都差不多，這里再說一下_renderVisibleObjects()，在這個函數中，會對RenderQueue中的每個renderable進行渲染，用的是visitor模式來遍歷操作每個renderable，最終在SceneManager::renderSingleObject中取出每個renderable所保存的頂點，索引，世界矩陣等信息，來進行渲染。這其中還包括了查找離該renderable最近的光源等操作，比較復雜。
到這里，SceneManager::_renderScene的流程基本走完了，也就是說，OGRE一幀中的渲染流程差不多也結束了，你應該也發現，這個流程跟你用D3D寫一個簡單程序的流程基本是一樣的，在這個流程的基礎上，再去看具體的實現，如怎么樣設置紋理，怎么樣調用你熟悉的D3D或OpenGL的API來渲染物體，應該會簡單得多。
對OGRE的渲染流程的大概介紹到這里也結束了，很多細節都沒涉及，以后有機會再寫吧。