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1. 前言
2. osg::DrawElements*系列函数用法说明
3. GL_QUADS、GL_QUAD_STRIP用法及不同点
4. 效率对比
5. 总结
6. 参考资料 1. 前言 利用osg绘制图元#xff0c;如#xff1a;三角形、四边形等#xff0c;一般用osg::PrimitiveSet类。其派生出了很多子类#…目录
1. 前言
2. osg::DrawElements*系列函数用法说明
3. GL_QUADS、GL_QUAD_STRIP用法及不同点
4. 效率对比
5. 总结
6. 参考资料 1. 前言 利用osg绘制图元如三角形、四边形等一般用osg::PrimitiveSet类。其派生出了很多子类如下图所示 图1
在开发中用DrawElements*系列函数和osg::DrawArrays函数绘制图元比较多本文以绘制四边形为例子以osg::DrawElementsUShort、osg::DrawArrays来讲解怎样绘制四边形及GL_QUAD_STRIP、GL_QUAD的不同、它们之间的效率。
2. osg::DrawElements*系列函数用法说明 osg::DrawElements*系列函数osg::DrawElementsUShort、osg::DrawElementsUBye、osg::DrawElementsUInt从osg::DrawElements派生而osg::DrawElements对应OPenGL的glDrawElements函数关于glDrawElements函数用法请参考
《glDrawElements用法说明》。 osg::DrawArrays 类在直接从数组读取顶点数据时效果很好没有间隙。 但是当同一个顶点可以属于一个对象的多个面时它就不那么有效了。 考虑这个例子 图2
一个立方体有八个顶点。 然而从图中可以看出我们正在考虑将一个立方体扫到一个平面上一些顶点属于多个面。 如果我们构建一个包含 12 个三角形面的立方体注虽然是绘制四边形但GPU等硬件在真正绘制时是用两个三角形来拼出一个四边形的对于硬件来说绘制2个三角形比直接一个四边形效率更高故6个四边形其实内部绘制是12个三角形绘制的那么这些顶点将重复而不是 8 个顶点的数组我们将得到 36 个顶点的数组其中大部分实际上是相同的顶点 在OSG中有类 osg::DrawElementsUInt、 osg::DrawElementsUByte和 osg::DrawElementsUShort它们使用顶点索引数组作为数据旨在解决上述问题。 索引数组存储描述几何体的面和其他元素的图元顶点的索引。 将这些类应用于立方体时存储八个顶点的数据就足够了这些顶点通过索引数组与面相关联。 osg::DrawElements* 类型的类的设计方式与标准 std::vector 类的设计方式相同。 此代码可用于添加索引。如
osg::ref_ptrosg::DrawElementsUInt de new osg::DrawElementsUInt(GL_TRIANGLES);
de-push_back(0);
de-push_back(1);
de-push_back(2);
de-push_back(3);
de-push_back(0);
de-push_back(2);
此代码定义图2中所示的立方体的正面。考虑另一个说明性的例子——八面体。 图3
很有趣因为它只包含六个顶点但每个顶点已经在四个三角形面中了 我们可以使用 osg::DrawArrays 创建一个包含 24 个顶点的数组来显示所有八个面。 然而我们将采取不同的方式——我们将顶点存储在一个包含六个元素的数组中并使用类 osg::DrawElementsUInt 生成面。
main.h
#ifndef MAIN_H
#define MAIN_H
#includeosg/Geometry
#includeosg/Geode
#includeosgUtil/SmoothingVisitor
#includeosgViewer/Viewer
#endif main.cpp
#includemain.h
int main(int argc, char *argv[]){osg::ref_ptrosg::Vec3Array vertices new osg::Vec3Array(6);(*vertices)[0].set( 0.0f, 0.0f, 1.0f);(*vertices)[1].set(-0.5f, -0.5f, 0.0f);(*vertices)[2].set( 0.5f, -0.5f, 0.0f);(*vertices)[3].set( 0.5f, 0.5f, 0.0f);(*vertices)[4].set(-0.5f, 0.5f, 0.0f);(*vertices)[5].set( 0.0f, 0.0f, -1.0f);osg::ref_ptrosg::DrawElementsUInt indices new osg::DrawElementsUInt(GL_TRIANGLES, 24);(*indices)[ 0] 0; (*indices)[ 1] 1; (*indices)[ 2] 2;(*indices)[ 3] 0; (*indices)[ 4] 4; (*indices)[ 5] 1;(*indices)[ 6] 4; (*indices)[ 7] 5; (*indices)[ 8] 1;(*indices)[ 9] 4; (*indices)[10] 3; (*indices)[11] 5;(*indices)[12] 3; (*indices)[13] 2; (*indices)[14] 5;(*indices)[15] 1; (*indices)[16] 5; (*indices)[17] 2;(*indices)[18] 3; (*indices)[19] 0; (*indices)[20] 2;(*indices)[21] 0; (*indices)[22] 3; (*indices)[23] 4;osg::ref_ptrosg::Geometry geom new osg::Geometry;geom-setVertexArray(vertices.get());geom-addPrimitiveSet(indices.get());osgUtil::SmoothingVisitor::smooth(*geom);osg::ref_ptrosg::Geode root new osg::Geode;root-addDrawable(geom.get());osgViewer::Viewer viewer;viewer.setSceneData(root.get());return viewer.run();
}
上述代码先创建一个有六个顶点的数组然后使用指针解引用操作和 operator [] 操作符寻址其坐标向量 赋值。别忘了 osg::Array 是 std::vector 的派生类。然后为面创建为顶点索引列表。面将是三角形的共有 8 个这意味着索引列表应包含 24 个元素。 面索引按顺序进入此数组例如面 0 由顶点 0、1 和 2 组成 面 1 - 顶点 0、4 和 1 面 2 - 顶点 4、5 和 1依此类推。 顶点按逆时针顺序列出如果你看正面见图3。
3. GL_QUADS、GL_QUAD_STRIP用法及不同点 GL_QUADS绘制一系列四边形首先使用顶点V0、V1、V2、V3绘制第1个四边形然后是V4、V5、V6、V7绘制第2个四边形接下来以次类推如果顶点个数n不是4的倍数最后1个、2个、3个顶点被忽略。注意如果四边形之间的顶点坐标不相同则这些四边形是分离的如下 图4
GL_QUAD_STRIP绘制一系列四边形首先使用顶点V0、V1、V3、V2绘制第1个四边形接着是V2、V3、V5、V4然后是V4、V5、V7、V6。以此类推。顶点个数n至少要大于4否则不会绘制任何四边形。如果n是奇数最后一点顶点就被忽略。如下 图5
GL_QUAD_STRIP画出一组共享边的四边形。对于较小的模型共享边的差异可以忽略不计对于较大的模型使用GL_QUAD_STRIP意味着显著地节省了计算次数。从第一对顶点开始相邻的两对定点被定义成一个四边形。定点 2n-1、2n、2n2和2n1定义了第n个四边形。有|V|/2-1个四边形将被绘制|V|代表顶点的个数如果|V|小于4OpenGL将不会绘制任何图形。所有四边形将以逆时针顺序排列互相连接形成四边形带。注意用来构成四边形的顶点顺序和使用GL_QUADS时的顺序是不同的每一个四边形的第二对定点被逆向使用以使每一个四边形顶点能被一致地定义。 图6
4. 效率对比 本节以osg::DrawElements*系列函数及GL_QUAD_STRIP、GL_QUADS绘制四边形以看看它们之间的效率差别。绘制10个连接的立方体如下 图7
代码如下
// QUAD_STRIP.cpp : 此文件包含 main 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//#includeosgViewer/Viewer
#includeosgViewer/ViewerEventHandlers
#includeosg/PolygonMode
#includeiostream
//const auto g_quadCount 1000000;
const auto g_quadCount 10;osg::ref_ptrosg::Geode createQuads3()
{osg::ref_ptrosg::Geode spGeode new osg::Geode;// Geode是Node的派生类为了绘制图元的管理类osg::ref_ptrosg::Geometry spGeometory new osg::Geometry;spGeode-addChild(spGeometory);osg::ref_ptrosg::Vec3Array spCoordsArray new osg::Vec3Array;auto offset 0;int nGeomeryCount 0;while (true){// 前面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 前左下顶点 V1spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 前右下顶点 V2spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 前左上顶点 V3。注意前左上顶点才是第3个顶点而不是前右上顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 前右上顶点 V4spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, 1.0)); // V5spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, 1.0)); // V6spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, -1.0)); // V7spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, -1.0)); // V8spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, -1.0)); // V9spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, -1.0)); // V10offset 2; // y轴方向上宽度为2nGeomeryCount;if (g_quadCount nGeomeryCount){break;}}spGeometory-setVertexArray(spCoordsArray);spGeometory-addPrimitiveSet(new osg::DrawArrays(GL_QUAD_STRIP, 0, spCoordsArray-size()));return spGeode;
}osg::ref_ptrosg::Geode createQuads2()
{osg::ref_ptrosg::Geode spGeode new osg::Geode;// Geode是Node的派生类为了绘制图元的管理类osg::ref_ptrosg::Geometry spGeometory new osg::Geometry;spGeode-addChild(spGeometory);//spGeode-addDrawable(spGeometory);// 可以将addChild替换为这句。osg::ref_ptrosg::Vec3Array spCoordsArray new osg::Vec3Array;auto totalVertCount g_quadCount * 8;osg::DrawElementsUShort* pDrawElemt new osg::DrawElementsUShort(GL_QUADS, 24 * g_quadCount); // 立方体共8个顶点,每个顶点重复了3次auto iVertCount 0;for (auto offset 0; ; offset 2){spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 0spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 1spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 2spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 3iVertCount 4;if (iVertCount totalVertCount){break;}}for (auto guadIndex 0; guadIndex g_quadCount; guadIndex){auto nElementIndex guadIndex * 24;// 右侧面auto temp 4 * guadIndex;(*pDrawElemt)[0 nElementIndex] 0 temp;(*pDrawElemt)[1 nElementIndex] 4 temp;(*pDrawElemt)[2 nElementIndex] 5 temp;(*pDrawElemt)[3 nElementIndex] 1 temp;// 前面if (0 guadIndex % 2)// 前一个立方体的后面和后一个立方体的前面重合故只绘制一个{(*pDrawElemt)[4 nElementIndex] 0 temp;(*pDrawElemt)[5 nElementIndex] 1 temp;(*pDrawElemt)[6 nElementIndex] 2 temp;(*pDrawElemt)[7 nElementIndex] 3 temp;}// 左侧面(*pDrawElemt)[8 nElementIndex] 3 temp;(*pDrawElemt)[9 nElementIndex] 7 temp;(*pDrawElemt)[10 nElementIndex] 6 temp;(*pDrawElemt)[11 nElementIndex] 2 temp;// 上面(*pDrawElemt)[12 nElementIndex] 1 temp;(*pDrawElemt)[13 nElementIndex] 5 temp;(*pDrawElemt)[14 nElementIndex] 6 temp;(*pDrawElemt)[15 nElementIndex] 2 temp;// 后面(*pDrawElemt)[16 nElementIndex] 4 temp;(*pDrawElemt)[17 nElementIndex] 5 temp;(*pDrawElemt)[18 nElementIndex] 6 temp;(*pDrawElemt)[19 nElementIndex] 7 temp;// 底面(*pDrawElemt)[20 nElementIndex] 0 temp;(*pDrawElemt)[21 nElementIndex] 4 temp;(*pDrawElemt)[22 nElementIndex] 7 temp;(*pDrawElemt)[23 nElementIndex] 3 temp;}spGeometory-setVertexArray(spCoordsArray);spGeometory-addPrimitiveSet(pDrawElemt);return spGeode;
}osg::Geode* createQuads1()
{auto pGeode new osg::Geode;auto pGeomery new osg::Geometry;pGeode-addChild(pGeomery);auto spCoordsArray new osg::Vec3Array;auto offset 0;int nGeomeryCount 0;while (true){// 右侧面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 前右下顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, -1.0)); // 后右下顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, 1.0)); // 后右上顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 前右上顶点// 前面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 右下顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 右上顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 左上顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 左下顶点// 左侧面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 前左下顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 前左上顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, 1.0)); // 后左上顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, -1.0)); // 后左下顶点// 后面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, -1.0)); // 后下顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, 1.0)); // 后上顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, 1.0)); // 左上顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, -1.0)); // 左下顶点// 上面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 前右顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, 1.0)); // 后右顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, 1.0)); // 后左顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, 1.0)); // 前左顶点// 底面spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 前右顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(1.0, 1.0 offset, -1.0)); // 后右顶点spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, 1.0 offset, -1.0)); // 后左顶点 spCoordsArray-push_back(osg::Vec3d(-1.0, -1.0 offset, -1.0)); // 前左顶点offset 2; // y轴方向上宽度为2nGeomeryCount;if (g_quadCount nGeomeryCount){break;}}pGeomery-setVertexArray(spCoordsArray);pGeomery-addPrimitiveSet(new osg::DrawArrays(GL_QUADS, 0, spCoordsArray-size()));return pGeode;
}int main()
{auto pRoot new osg::Group;auto pGeode createQuads3();pGeode-getOrCreateStateSet()-setAttribute(new osg::PolygonMode(osg::PolygonMode::FRONT_AND_BACK, osg::PolygonMode::LINE));pGeode-getOrCreateStateSet()-setMode(GL_LIGHTING, osg::StateAttribute::OFF);pRoot-addChild(pGeode);auto pViewer new osgViewer::Viewer;auto pStatsHander new osgViewer::StatsHandler;pViewer-addEventHandler(pStatsHander);pViewer-setSceneData(pRoot);pViewer-run();
} 当g_quadCount为10时把第195行代码分别换成createQuads1、createQuads2、createQuads3在视景器窗体中连续按4次键盘小写s键时createQuads1函数即用osg::DrawArrays及GL_QUADS各性能指标如下 图8 osg::DrawArrays及GL_QUADS绘制10个立方体时的各性能指标
createQuads2函数即用osg::DrawElementsUShort及GL_QUADS各性能指标如下
图9 osg::DrawElementsUShort及GL_QUADS绘制10个立方体时的各性能指标
createQuads3函数即用osg::DrawArrays及GL_QUAD_STRIP各性能指标如下 图10 osg::DrawArrays及GL_QUAD_STRIP绘制10个立方体时的各性能指标
当绘制的立方体个数为10即立方体个数很少时这三者在GPU占用、帧率、绘制、裁剪等方面差别不是很大。
当将g_quadCount改为1000000时 createQuads1函数即用osg::DrawArrays及GL_QUADS各性能指标如下
图11 osg::DrawArrays及GL_QUADS绘制1000000个立方体时的各性能指标
createQuads2函数即用osg::DrawElementsUShort及GL_QUADS各性能指标如下 图12 osg::DrawElementsUShort及GL_QUADS绘制1000000个立方体时的各性能指标
createQuads3函数即用osg::DrawArrays及GL_QUAD_STRIP各性能指标如下 图13 osg::DrawArrays及GL_QUAD_STRIP绘制100000个立方体时的各性能指标
当要绘制的立方体很多时 采用osg::DrawArrays和GL_QUAD_STRIP明显比osg::DrawElementsUShort及osg::DrawArrays和GL_QUADS效率高很多、GPU占用大大减少、帧率高而osg::DrawElementsUShort和GL_QUADS比osg::DrawArrays和GL_QUADS效率高一些因为osg::DrawElementsUShort采取的是点的索引剔除了重复所以效率会高点。
5. 总结
osg::DrawElements*系列函数采用点的索引绘制图元而osg::DrawArrays采用点的数组来绘制图元当点个数很多时前者效率高些。当点个数是巨大量时GL_QUAD_STRIP比采用GL_QUADS效率高很多。同样地GL_TRIANGLE_STRIP绘制三角形时效率比GL_TRIANGLES高。上述代码main函数中用到了统计和性能相关的各项参数的osgViewer::StatsHandler类关于该类的用法请参考浅谈osgViewer::StatsHandler、osg::Stats类的用法
6. 参考资料
【1】OpenGL编程指南原书第7版。
【2】理解GL_QUAD_STRIP。
【3】OSG几何开发快速教程。
