OpenGL超级宝典学习笔记——性能比较

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所属分类:Linux编程
摘要

当你必须优化模型的存储空间时,这种方法是可以的。例如你在嵌入式中需要节省内存,或者在网络上传输时需要减少流量。但在实时应

本文通过包含许多顶点数据的复杂模型来比较使用glBegin()/glEnd立即模式,显示列表,以及顶点索引数组的性能与内存。

F-16 Thunderbird的飞机模型有3704个独立的三角形,通过Deep Exporation工具的索引模式编制后,共有1898个独立的顶点,2716个法线,2925个纹理坐标。

OpenGL超级宝典学习笔记——性能比较

下面代码展示DrawBody函数,通过遍历索引来为每一个独立的三角形设置并发送纹理,法线和顶点坐标。

void DrawBody(void)

{

int iFace, iPoint;
glBegin(GL_TRIANGLES);
    for(iFace = 0; iFace < 3074; iFace++) //遍历每一个三角形
        for(iPoint = 0; iPoint < 3; iPoint++) //每一个顶点
        {
            //设置纹理
            glTexCoord2fv(textures[face_indices[iFace][iPoint+6]]);
            //设置法线
            glNormal3fv(normals[face_indices[iFace][iPoint+3]]);

            //设置顶点
            glVertex3fv(vertices[face_indices[iFace][iPoint]]);
        }
glEnd();

}

 

当你必须优化模型的存储空间时,这种方法是可以的。例如你在嵌入式中需要节省内存,或者在网络上传输时需要减少流量。但在实时应用中,这种方法的性能非常差,因为每一次都向OpenGL发送一个顶点数据,函数调用的次数也特别多。

显而易见的加速这些代码执行的速度就是使用显示列表的方式。我们把这些代码放到显示列表中。

glNewList(bodyList, GL_COMPILE);
        DrawBody();
    glEndList();

….

glCallList(bodyList);

下面我们来对比一下显示列表的方式和顶点索引数组的方式。

 

计算花费

首先计算一下这些经过包装过的顶点数据的所需要的内存。

// Thunderbird body

extern short face_indicies[3704][9];
extern GLfloat vertices [1898][3];
extern GLfloat normals [2716][3];
extern GLfloat textures [2925][2];

 

其中face_indicies包含了顶点,法线,和纹理的索引 short face_indicies[3704][9] = {{6,8,7 ,0,1,2 ,0,1,2 }, {6,9,8 ,0,3,1 ,0,3,1 }, {10,8,11 ,4,1,5 ,4,1,5 }....}

face_indicies 需要 3074*9*sizeof(short), 55332字节.类似地计算出vertices要22776字节,normals 32592字节。textures 23400字节。总计134100 约130KB.

显示列表中,我们需要把这些数据拷贝一份到显示列表(显示列表中的命令和数据会经过优化后,放到命令缓冲区或者图形硬件中)我们没法计算显示列表具体使用多少内存,但可以对顶点的数据进行估算。每个三角形需要3个顶点,3个法线,2个纹理坐标,这些都是浮点数。假设sizeof(float)为4个字节。那么:

3704*3=11112个顶点。每个顶点包含3个成分(x,y,z)所以有11112*3=33336个浮点数值,同理法线有33336个浮点值,纹理坐标有22224个浮点值。把这些加起来再乘以4个字节为335,584个字节。那么加上之前的原始数据有469684个字节 约460kb,不到0.5M.但是我们有11,112个顶点数据需要经过OpenGL的变换管道,这里面包含了许多矩阵运算。

 

创建合理的顶点索引数组

上面所存储的数据还不能直接用于OpenGL的顶点数组。因为OpenGL要求顶点数组,法线数组和纹理坐标数组必须是同样的大小,这样数组的遍历方式才能保持一致。顶点数组的第0个元素和法线数组的第0个元素是对应的。对于索引数组也有同样的要求。

在下面的例子中,我们使用一个类来处理现有的数组,并为其建立索引。下面是处理机身和玻璃座舱盖并建立索引的代码:

CTriangleMesh thunderBirdBody;

CTriangleMesh thunderBirdGalss;

//临时空间
M3DVector3f vVerts[3];
M3DVector3f vNorms[3];
M3DVector2f vTex[3];

//开始收集机身的网格,设置最大值
thunderBirdBody.BeginMesh(3074*3);

//循环所有面
for(int iFace = 0; iFace < 3074; iFace++)
{

for(int iPoint = 0; iPoint < 3; iPoint++)
{
    memcpy(&vVerts[iPoint][0], &vertices[face_indices[iFace][iPoint][0]], sizeof(M3DVector3f));

    memcpy(&vNorms[iPoint][0], &normals[face_indices[iFace][iPoint+3][0]], sizeof(M3DVector3f));

    memcpy(&vTex[iPoint][0], &textures[face_indices[iFace][iPoint+6][0]], sizeof(M2DVector2f));
}
thunderBirdBody.AddTriangle(vVerts, vNorms, vTex);

}
//结束,并缩放顶点的值,以便屏幕的显示。
thunderBirdBody.EndMesh();
thunderBirdBody.Scale(fScale);

thunderBirdGlass.BeginMesh(352*3);

for(int iFace = 0; iFace < 352; iFace++)
{

for(int iPoint = 0; iPoint < 3; iPoint++)
{
        memcpy(&vVerts[iPoint][0], &verticesGlass[face_indiciesGlass[iFace][iPoint]][0], sizeof(M3DVector3f));
        memcpy(&vNorms[iPoint][0], &normalsGlass[face_indiciesGlass[iFace][iPoint+3]][0], sizeof(M3DVector3f)); 
        memcpy(&vTex[iPoint][0], &texturesGlass[face_indiciesGlass[iFace][iPoint+6]][0], sizeof(M3DVector2f));
}

thunderBirdGlass.AddTriangle(vVerts, vNorms, vTex);
}

thunderBirdGlass.EndMesh();
thunderBirdGlass.Scale(fScale);

 

首先,我们声明了两个三角形网格类

CTriangleMesh thunderBirdBody;

CTriangleMesh thunderBirdGalss;

然后我们要告诉包含所有顶点所需要的大小的最大值,在最坏的情况下我们可能有3074个唯一的顶点,但一般情况下,许多顶点是共享的,值是一样的。

thunderBirdBody.BeginMesh(3074*3);

然后遍历集体所有的面,并收集每一个独立的三角形,并作为AddTriangle的参数,AddTriagnle会组织索引数组。在AddTriangle函数中把传进来的参数与之前的顶点数据进行比较看是否有重复的。如果是重复的在索引数组中就用同一个索引值。其内部处理代码:

for(GLuint iVertex = 0; iVertex < 3; iVertex++)

    {
    GLuint iMatch = 0;
    for(iMatch = 0; iMatch < nNumVerts; iMatch++)
        {
        // If the vertex positions are the same
        if(m3dCloseEnough(pVerts[iMatch][0], verts[iVertex][0], e) &&
           m3dCloseEnough(pVerts[iMatch][1], verts[iVertex][1], e) &&
           m3dCloseEnough(pVerts[iMatch][2], verts[iVertex][2], e) &&

           // AND the Normal is the same...
           m3dCloseEnough(pNorms[iMatch][0], vNorms[iVertex][0], e) &&
           m3dCloseEnough(pNorms[iMatch][1], vNorms[iVertex][1], e) &&
           m3dCloseEnough(pNorms[iMatch][2], vNorms[iVertex][2], e) &&

            // And Texture is the same...
            m3dCloseEnough(pTexCoords[iMatch][0], vTexCoords[iVertex][0], e) &&
            m3dCloseEnough(pTexCoords[iMatch][1], vTexCoords[iVertex][1], e))
            {
            // Then add the index only
            pIndexes[nNumIndexes] = iMatch;
            nNumIndexes++;
            break;
            }
        }

    // No match for this vertex, add to end of list
    if(iMatch == nNumVerts)
        {
        memcpy(pVerts[nNumVerts], verts[iVertex], sizeof(M3DVector3f));
        memcpy(pNorms[nNumVerts], vNorms[iVertex], sizeof(M3DVector3f));
        memcpy(pTexCoords[nNumVerts], &vTexCoords[iVertex], sizeof(M3DVector2f));
        pIndexes[nNumIndexes] = nNumVerts;
        nNumIndexes++; 
        nNumVerts++;
        }   
    }

 

 

比较开销

现在让我们来比较这三种渲染模型的方式的开销。在CTriangleMesh类的统计中,Thunderbird的机身模型中共有3265个唯一的顶点(包含法线和纹理坐标)和11,112个索引。每个顶点和法线包含3个浮点值,纹理坐标包含两个浮点值。所以

3265*8=26120个浮点值。再乘以4有104,480字节,再加上使用short类型创建的索引数组11,112*2=22,224字节。 总共有126,704个字节,约124kb

对比表格:

渲染模式 内存使用量 需要变换的顶点格式
立即模式 约130kb 11,112
显示列表 约460kb 11,112
顶点索引数组 约124kb 3,265

从上面的表格可以看出,顶点索引数组不但使用了更少的内存,而且仅仅需要处理其他模式三分之一的顶点。如果模型有许多尖锐的角或边那么共享的顶点数就较少,如果模型是平滑的表面那么共享的顶点数就多。使用顶点索引数组的方式能够极大的提升性能。

OpenGL超级宝典 第4版 中文版PDF+英文版+源代码 见  http://www.linuxidc.com/Linux/2013-10/91413.htm

OpenGL编程指南(原书第7版)中文扫描版PDF 下载 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/67925.htm

OpenGL 渲染篇 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/45756.htm

Ubuntu 13.04 安装 OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84815.htm

OpenGL三维球体数据生成与绘制【附源码】 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-04/83235.htm

Ubuntu下OpenGL编程基础解析 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81675.htm

如何在Ubuntu使用eclipse for c++配置OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2012-11/74191.htm 

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