渲染循环
一般由应用程序调用root->startRendering(void)开启渲染循环。
void Root::startRendering(void)
{
...
//游戏渲染循环是一个无限循环，除非被frame listeners或者queueEndRendering()终止
mQueuedEnd = false;
while( !mQueuedEnd )
{
...
if (!renderOneFrame())
break;
}
}
从RenderTarget到场景
而Root::renderOneFrame()函数将调用Root::_updateAllRenderTargets(void)
class _OgreExport Root : public Singleton<Root>, public RootAlloc
{
protected:
RenderSystem* mActiveRenderer;
...
bool Root::_updateAllRenderTargets(void)
{
// update all targets but don't swap buffers
mActiveRenderer->_updateAllRenderTargets(false);
...
}
...
}
Root::_updateAllRenderTargets(void)将调用Root当前激活的RenderSystem实例的__updateAllRenderTargets(false)方法，在这里，RenderSystem对所有的RenderTarget进行update，RenderTarget指的是渲染的目的地，一种是RenderTexture，即渲染到纹理，另一种是RenderWindow，即渲染到窗口。
/** The render targets, ordered by priority. */
RenderTargetPriorityMap mPrioritisedRenderTargets;
void RenderSystem::_updateAllRenderTargets(bool swapBuffers)
{
// Update all in order of priority
// This ensures render-to-texture targets get updated before render windows
RenderTargetPriorityMap::iterator itarg, itargend;
itargend = mPrioritisedRenderTargets.end();
for( itarg = mPrioritisedRenderTargets.begin(); itarg != itargend; ++itarg )
{
if( itarg->second->isActive() && itarg->second->isAutoUpdated())
itarg->second->update(swapBuffers);
}
}
在当前激活的RenderSystem实例中，是用RenderTargetPriorityMap来保存RenderTarget，这是因为有的RenderTarget需要在其他RenderTarget之前渲染。
而RenderTarget::update最终会调用到RenderTarget::_updateAutoUpdatedViewports(bool updateStatistics)
void RenderTarget::_updateAutoUpdatedViewports(bool updateStatistics)
{
// Go through viewports in Z-order
// Tell each to refresh
ViewportList::iterator it = mViewportList.begin();
while (it != mViewportList.end())
{
Viewport* viewport = (*it).second;
if(viewport->isAutoUpdated())
{
_updateViewport(viewport,updateStatistics);
}
++it;
}
}
可以看到，RenderTarget会遍历mViewPortList，对每一个Viewport调用_updateViewport(…)函数，即一个RenderTarget对应着多个Viewport，ViewPort是窗口中被更新的地方，一个窗口可以有多个ViewPort，多个Viewport可以在一个窗口中。例如下图中只有一个窗口，但是却有三个Viewport。
RenderTarget::_updateViewport(viewport,updateStatistics)随后会调用到Viewport::update(void)
void Viewport::update(void)
{
if (mCamera)
{
if (mCamera->getViewport() != this)
mCamera->_notifyViewport(this);
// Tell Camera to render into me
mCamera->_renderScene(this, mShowOverlays);
}
}
对于每一个Viewport，只有一个Camera引用。一个Viewport是对一个Camera所拍摄到的场景的反映。所以说一个Viewport只能绑定一个Camera。Camera::_renderScene(Viewport *vp, bool includeOverlays)函数的作用主要为调用其绑定的Scene的渲染函数：
SceneManager *mSceneMgr;
void Camera::_renderScene(Viewport *vp, bool includeOverlays)
{
...
//render scene
mSceneMgr->_renderScene(this, vp, includeOverlays);
...
}
一个Camera同时只可以拍摄一个场景，所以一个Camera只可以绑定一个场景。
从场景到渲染队列
Ogre中，场景定义了一个游戏世界的组织，比如说主角在哪，怪物的出生点在哪，目的地在哪，可以类比Unity中的scene。每一个场景对应一个SceneManager，其负责场景物体的创建和删除，以及进行场景查询和调用渲染队列的渲染。
其中，场景查询的作用为决定哪些对象被送入到RenderSystem中进行渲染，通过减少需要渲染的物体来获得更好的渲染性能表现。
上节说到_renderScene函数，该函数会更新场景的变换信息(Transform)以及进行场景查询的操作：
SceneManager::_renderScene(Camera* camera, Viewport* vp, bool includeOverlays)
{
...
_updateSceneGraph(camera);
...
setViewport(vp);
...
prepareRenderQueue();
...
_findVisibleObjects(camera, &(camVisObjIt->second),
mIlluminationStage == IRS_RENDER_TO_TEXTURE? true : false);
...
}
其中_renderScene中会调用__updateSceneGraph函数更新整个场景的变换信息：
void SceneManager::_updateSceneGraph(Camera* cam)
{
...
// Cascade down the graph updating transforms & world bounds
// ...
getRootSceneNode()->_update(true, false);
...
}
接下来是setViewport函数，它会调用当前的RenderSystem的setViewport操作，设置Viewport中所包含的RenderTarget为当前所要渲染的目标，而Viewport中的区域为当前所要渲染的目标区域。
void SceneManager::setViewport(Viewport* vp)
{
mCurrentViewport = vp;
// Set viewport in render system
mDestRenderSystem->_setViewport(vp);
// Set the active material scheme for this viewport
MaterialManager::getSingleton().setActiveScheme(vp->getMaterialScheme());
}
接下来一个重要的概念RenderQueue。可以简单把它想成是一个容器，里面的元素就是Renderable，每个Renderable可以看成是每次绘制时需要渲染的物体，可以是一个模型，也可以是模型的一部分。在RenderQueue中，它会按材质Material来分组这些Renderable，还会对Renderable进行一定规则的排序。之所以这么做，是因为使用相同材质的Material会使用同样的Shader，通过减少Shader切换的频率可以达到优化渲染效率的作用。
在每一次调用SceneManager::_renderScene时，都会调用SceneManager::prepareRenderQueue来清理RenderQueue，然后再调用SceneManager::__findVisibleObjects来把当前摄像机所能看见的物体都加入到RenderQueue中，该动作是为了减少送入渲染队列中的物体数量：
void SceneManager::_findVisibleObjects(
Camera* cam, VisibleObjectsBoundsInfo* visibleBounds, bool onlyShadowCasters)
{
// Tell nodes to find, cascade down all nodes
getRootSceneNode()->_findVisibleObjects(cam, getRenderQueue(), visibleBounds, true,
mDisplayNodes, onlyShadowCasters);
}
渲染开始
在进行完场景查询之后，我们已经将需要渲染的物体送入了渲染队列中，回忆一下使用图形API渲染物体时候的流程：
- 设置顶点数据，顶点属性，贴图数据：这一步可以封装成读取模型以及其对应的贴图操作
- 清理颜色缓冲、深度缓冲等
- 设置shader并传入其所需的参数
- 绘制顶点并交换窗口缓冲
在SceneManager::_renderScene函数中，当执行完场景查询之后，便进入了实际渲染流程：
...
// Clear the viewport if required
if (mCurrentViewport->getClearEveryFrame())
{
mDestRenderSystem->clearFrameBuffer(
mCurrentViewport->getClearBuffers(),
mCurrentViewport->getBackgroundColour(),
mCurrentViewport->getDepthClear() );
}
...
// Set rasterisation mode
mDestRenderSystem->_setPolygonMode(camera->getPolygonMode());
// Set initial camera state
mDestRenderSystem->_setProjectionMatrix(mCameraInProgress->getProjectionMatrixRS());
mCachedViewMatrix = mCameraInProgress->getViewMatrix(true);
...
...
setViewMatrix(mCachedViewMatrix);
// Render scene content
{
...
_renderVisibleObjects();
}
可以看到清理缓冲以及设置好Projection Matrix、ViewMatrix等操作。