Hardware Instancing – техника, позволяющая выводить множество объектов за один вызов драйвера. Т.е., нам достаточно один раз вызвать DrawIndexedPrimitives(…) и получить на экране не однин, а несколько mech’ей (атака клонов :)), расположенных по разным координатам и повернутых под разными углами.
Но об этом позже. Суть техники заключается в оперировании вершинными буферами GraphicsDevice.Vertices, которые представляют собой класс VertexStreamCollection.
При изучении данной техники я перерыл множество ссылок (в которых сам же запутался), пересмотрел множество примеров. Но либо примеры попадались сильно захламленные, либо не совсем то, что я ожидал увидеть, либо примеры просто не корректно работали. В связи с этим, для ознакомления с Hardware Instancing, предлагаю следующее:
- Упростить экземпляр изначального объекта до разумного минимума. Точка нам не подходит, потому что демонстрация примера будет не столь наглядной по причине ее, точки, малого размера. Квадрат тоже не подойдет, потому что два треугольника это уже лишне. А вот один треугольник в самый раз. Без фанатизма. Это позволит не загромождать наш пример лишними данными.
- Упростить данные о вершинах изначального объекта. Нам не потребуются Normal, TextureCoordinate и т.д. Оставим только Position и Color, получается стандартный тип VertexPositionColor.
- Принять следующее условие: Каждый треугольник должен иметь не только собственное место в пространстве, но и углы поворота. Пусть будет один угол, т.е. поворачивать будем вокруг одной оси. Для выполнения данного условия нам потребуется одна собственная матрица мира на один треугольник.
С учетом вышеперечилтенных требований результат должен быть примерно таким:
Для реализации данной техники нам потребуется следующий эффект:
float4x4 matVP : VIEWPROGECTION;struct VS_INPUT{float4 Position : POSITION0;float4 Color : COLOR0;float4x4 InstanceWorld :TEXCOORD0;};struct VS_OUTPUT{float4 Position : POSITION0;float4 Color : COLOR0;};VS_OUTPUT VS(VS_INPUT input){VS_OUTPUT output=(VS_OUTPUT)0;output.Position= mul(input.Position,mul(transpose(input.InstanceWorld), matVP));output.Color=input.Color;returnoutput;}struct PS_INPUT {float4 Position : POSITION0;float4 Color : COLOR0;};float4 PS(PS_INPUT input): COLOR0{returninput.Color;}technique Instancing{pass Pass1{ VertexShader = compile vs_3_0 VS(); PixelShader = compile ps_2_0 PS();}}
Здесь вам все должно быть знакомо, за исключением одного момента. Обратите внимание на стуруктуру VS_INPUT, а конкретно на поле:
{… float4x4 InstanceWorld:TEXCOORD0;}
Данное поле и будет у нас отвечать за получение матрицы мира для конкретной точки. И, впоследствии, перемножаться в вершинном шейдере с результатом произведения матриц matView и matProjection, matVP. А далее влиять на конечное положение вершины.
Теперь посмотрим на сам класс, реализующий наш пример:
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.Linq;usingSystem.Text;usingSystem.Runtime.InteropServices;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;namespace Instancing{publicclass Instancing{publicbool bReady = false;private VertexPositionColor[] vertex;privateint[] index;private VertexBuffer vertexBuffer;private IndexBuffer indexBuffer;private VertexDeclaration vertexDeclarationInstancing;private Effect effect;private Matrix[] matrix;privateconstint sizeofMatrix =sizeof(float)*16;privateint instanceDataSize;/// /// Инициализация техники /// /// GraphicsDeviceManager/// public Instancing(GraphicsDeviceManager inGraphics, Effect inEffect){//Создаем свой VertexDeclaration VertexElement[] elements = GetVertexElementVertexPositionColorMatrix(); vertexDeclarationInstancing =new VertexDeclaration(inGraphics.GraphicsDevice, elements);// Назначаем эфект effect = inEffect;// Строим треугольник и создаем вершинный и индексный буфер vertex =new VertexPositionColor[3]; index =newint[3]; vertex[0]=new VertexPositionColor(new Vector3(0f, 1f, 0f), Color.Yellow); vertex[1]=new VertexPositionColor(new Vector3(0.5f, 0f, 0f), Color.Green); vertex[2]=new VertexPositionColor(new Vector3(-0.5f, 0f, 0f), Color.Red); index[0]=0; index[1]=1; index[2]=2; vertexBuffer =new VertexBuffer( inGraphics.GraphicsDevice, VertexPositionColor.SizeInBytes* vertex.Length, BufferUsage.None); vertexBuffer.SetData<VertexPositionColor>(vertex); indexBuffer =new IndexBuffer( inGraphics.GraphicsDevice,sizeof(int)* index.Length, BufferUsage.None, IndexElementSize.ThirtyTwoBits); indexBuffer.SetData<int>(index);// Инициируем массив матриц и его размер в байтах matrix =new Matrix[10000]; instanceDataSize = sizeofMatrix * matrix.Length; Vector3 pos =new Vector3(0f, 0f, 0f);int n =0; Vector3 vx =new Vector3(1f, 0f, 0f); Vector3 vz =new Vector3(0f, 0f, -1f);for(int z =0; z <100; z++){ pos.X= 0f;for(int x =0; x <100; x++){if(n < matrix.Length){ matrix[n]= Matrix.CreateTranslation(pos); n++; pos += vx;}} pos += vz;} bReady = true;}/// /// Обновление матриц состояния/// /// Время для синхронизацииpublicvoid Update(GameTime gameTime){float ang = 0.005f; Matrix matrRot = Matrix.CreateRotationZ(ang *(float)gameTime.ElapsedGameTime.TotalMilliseconds);for(int i =0; i < matrix.Length; i++){ matrix[i]= matrRot * matrix[i];}}/// /// Вывод/// /// GraphicsDeviceManagerpublicvoid Draw(GraphicsDeviceManager inGraphics, Matrix matrixViewProjection){// настримваем вывод inGraphics.GraphicsDevice.VertexDeclaration= vertexDeclarationInstancing; inGraphics.GraphicsDevice.Indices= indexBuffer; inGraphics.GraphicsDevice.RenderState.DepthBufferEnable= true;// инициируем динамический вершинный буфер - поток с данными о матрицах DynamicVertexBuffer instanceDataStream =new DynamicVertexBuffer( inGraphics.GraphicsDevice, instanceDataSize, BufferUsage.WriteOnly); instanceDataStream.SetData(matrix, 0, matrix.Length, SetDataOptions.Discard);// назначаем вершинные буферы нашего GraphicsDevice VertexStreamCollection vertices = inGraphics.GraphicsDevice.Vertices; vertices[0].SetSource(vertexBuffer, 0, VertexPositionColor.SizeInBytes); vertices[0].SetFrequencyOfIndexData(matrix.Length); vertices[1].SetSource(instanceDataStream, 0, sizeofMatrix); vertices[1].SetFrequencyOfInstanceData(1);// настраиваем effect effect.Parameters["matVP"].SetValue(matrixViewProjection); effect.CurrentTechnique= effect.Techniques["Instancing"];// стандартный вывод effect.Begin();foreach(EffectPass pass in effect.CurrentTechnique.Passes){ pass.Begin(); inGraphics.GraphicsDevice.DrawIndexedPrimitives( PrimitiveType.TriangleList,0, 0, vertex.Length,0, index.Length/3); pass.End();} effect.End();// освобождаем поток с данными о матрицах instanceDataStream.Dispose();// очищаем вершинные буферы нашего GraphicsDevice vertices[0].SetSource(null, 0, 0); vertices[1].SetSource(null, 0, 0);}/// /// Получение описания вершин формата VertexPositionColorMatrix/// /// список описания вершинprivate VertexElement[] GetVertexElementVertexPositionColorMatrix(){// инициируем новый список описания вершин// 0 - Position 0- = 2 элемента// 1 - Color 1/// 2 - Matrix line0 0\// 3 - Matrix line1 1 \ = 4 элемента// 4 - Matrix line2 2 /// 5 - Matrix line3 3/ VertexElement[] elements =new VertexElement[2+4];// используем промежуточный список описания вершин для // описания данных под матрицы VertexElement[] elementsMatrix =new VertexElement[4];short stream =1;// индекс потокаshort offset =0;// смешениеbyte usageIndex =0;// индекс начальной семантики в шейдере (: TEXCOORD0;) в данном случае // описываем данные о 4х строках матрицы (4строки из Vector4)for(int i =0; i <4; i++){ elementsMatrix[i]=new VertexElement(stream, offset, VertexElementFormat.Vector4,
VertexElementMethod.Default, VertexElementUsage.TextureCoordinate, usageIndex); usageIndex++; offset +=(short)Marshal.SizeOf(new Vector4());}// копируем в новый список описания вершин данные описания вершин треугольника VertexPositionColor.VertexElements.CopyTo(elements, 0);// копируем в новый список описания вершин данные о описания матрицы к треугольнику elementsMatrix.CopyTo(elements, 2);// возвращаем результатreturn elements;}}/* // для информации public struct VertexPositionColor { Vector3 Position; Color Color; public static readonly VertexElement[] VertexElements; static VertexPositionColored() { VertexElements = new VertexElement[2]; short stream = 0; short offset = 0; byte usageIndex = 0; VertexElements[0] = new VertexElement(0, offset, VertexElementFormat.Vector3, VertexElementMethod.Default, VertexElementUsage.Position, 0); offset += (short)Marshal.SizeOf(new Vector3()); VertexElements[1] = new VertexElement(0, offset, VertexElementFormat.Color, VertexElementMethod.Default, VertexElementUsage.Color, 0); offset += (short)Marshal.SizeOf(new Color()); } public VertexPositionColored(Vector3 inPosition, Color inColor) { this.Position = inPosition; this.Color = inColor; } public static int SizeInBytes { get { int length = Marshal.SizeOf(new Vector3()) + Marshal.SizeOf(new Color()); return length; } } } */}
Я постарался комментитовать все, что только можно закомментировать. Так же оставил в конце (как пример для понимания) закомментированную структуру VertexPositionColor. На что здесь можно обратить дополнительное внимание? Выделю несколько ключевых моментов:
- Инициализация vertexDeclarationInstancing и соответствующий ему метод GetVertexElementVertexPositionColorMatrix. Не хочу повторяться с пояснением кода, потому как достаточно подробно данный вопрос расписан в XNA SDK в разделе «How To: Create and Use a Custom Vertex».
- Инициализация массива матриц, каждая из которых соответствует своему треугольнику и является для него матрицей мира.
- Инициализация динамического вершинного буфера DynamicVertexBuffer и включение его в вершинный буфер графического девайса.
Вот так должен выглядеть (в данном случае – статический) результат работы данного примера:
Также Вы можете скачать прилагаемый к статье пример приложения и покрутить его как Вашей душе угодно.
Vova
