OGRE主要渲染流程簡介

                                    謝偉亮       [email protected]

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    很早以前就想寫一些關於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，甚至幾十萬行的程式碼，光是開啟solution就能嚇你一跳了，OGRE也有十幾萬行的程式碼量，我一開始看它的時候也是無從下手，感覺程式碼太多了，不知道從哪開始看好，這個

    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。我所用的程式碼都是取自於OGRE的最新的CVS版本。

    讀者最好對OGRE有一定的瞭解，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程式要執行起來，至少都會涉及以下的幾部分：

    首先是資料的來源，包括頂點資料，紋理資料等，這些資料可以從檔案中讀取，也可以在程式執行時生成。

    接下來，我們會建立頂點緩衝區把頂點儲存起來，建立texture物件來表示texture，對頂點組成的物體設定它在世界座標系下的座標，設定攝像機的位置，視點，設定viewport的位置和大小，然後就可以在渲染迴圈中開始呼叫渲染操作了，經過了front buffer和back buffer的交換，我們就能在螢幕上看到3D圖形了，虛擬碼如下：

      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程式的主線，同樣道理，無論你多複雜的渲染引擎，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的渲染迴圈都是起源於Root::renderOneFrame，這個函式在OGRE自帶的example中是不會顯式呼叫的，因為example都呼叫了Root::startRendering，由startRendering來呼叫renderOneFrame，如果你用OGRE來寫真正的遊戲，或者編輯器，你可能就需要在的訊息主迴圈中呼叫renderOneFrame了，顧名思義，這個函式就是對整個OGRE進行一幀的更新，包括動畫，渲染狀態的改變，渲染api的呼叫等，在這個函式中，會包括了我們上述虛擬碼的幾乎全部內容，所以是本文的重點所在。

     進入renderOneFrame，可以看到頭尾兩個fire函式，這種函式在OGRE中經常出現，一般都是fire…start和fire…end一起出現的，在這些函式中，可能會處理一些使用者自定義的操作，如_fireFrameStarted就會對所以的frameListener進行處理，這些fire函式可以暫時不用理會，繼續看_updateAllRenderTargets，在這個函式中，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來儲存的，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，呼叫所有掛在這個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看成是儲存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的區域裡。

     Viewport還有一個重要資訊是ZOrder，可以看到RenderTarget中的ViewportList帶有一個比較函式，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，它呼叫它所引用的camera來渲染整個場景，而在Camera::_renderScene中，是呼叫SceneManager::_renderScene(Camera* camera, Viewport* vp, bool includeOverlays)。SceneManager::_renderScene裡就是具體的渲染流程了。從函式名稱還有引數也可以看出來，這個函式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，我們這裡只看標準的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引數的傳遞等，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式是_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資訊，也就是說，節點儲存了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。同時節點還儲存了一個世界座標的AABB，這個AABB能容納所有它所掛接的物體的大小，主要是用於視錐裁減的，如果當前攝像機看不見某個節點的AABB，那麼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，它會呼叫具體的renderer的setviewport的操作，設定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，還是以後有機會單獨提出來說吧，你可以簡單把它想成是一個容器，裡面的元素就是renderable，每個renderable可以看成是每次呼叫drawprimitive函式所渲染的物體，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。

     在每一次呼叫SceneManager::_renderScene時，都會呼叫SceneManager::prepareRenderQueue來清理RenderQueue，然後再呼叫SceneManager::__findVisibleObjects來把當前攝像機所能看見的物體都加入到RenderQueue中。

     SceneManager::__findVisibleObjects是一個遞迴的處理過程，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，那麼這個節點，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，就會呼叫它的_updateRenderQueue方法，一般在這個方法裡就可以把和這個MovableObject相關的renderable送入RenderQueue了。

     這裡要說說MovableObject，MovableObject主要是用於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之後，就繼續呼叫所有子節點的_findVisibleObjects方法，一直遞迴下去。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資訊了，接下來就是對這些物體進行渲染了，你會發現跟D3D或OpenGL的程式碼很類似的呼叫：

mDestRenderSystem->clearFrameBuffer

      mDestRenderSystem->_beginFrame

mDestRenderSystem->_setProjectionMatrix

mDestRenderSystem->_setViewMatrix

_renderVisibleObjects();

      mDestRenderSystem->_endFrame();

     這些api的作用和D3D中的類似呼叫的作用都差不多，這裡再說一下_renderVisibleObjects()，在這個函式中，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所儲存的頂點，索引，世界矩陣等資訊，來進行渲染。這其中還包括了查詢離該renderable最近的光源等操作，比較複雜。

     到這裡，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寫一個簡單程式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，如怎麼樣設定紋理，怎麼樣呼叫你熟悉的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裡也結束了，很多細節都沒涉及，以後有機會再寫吧。