OpenGL: 渲染字体的批处理操作

一、问题描述

在OpenGL中，绘制字体通过纹理贴图的方式。一个场景中有200个单词，按照正常做法：一个单词生成一个贴图，指定Quad四个顶点纹理坐标，最后把数据传给OpenGL，进行绘制。

OpenGL顶点数组是客户端-服务器模式：客户端是当前应用程序；服务器端包含三部分：链接到应用程序中的OpenGL库、在操作系统内核中的OpenGL驱动、以及GPU。

绘制200个单词中，每个单词都需要进行两次数据传输：

• 将保存在内存中的顶点数据，通过CPU 上传给 服务器端缓存中。
• 将保存爱内存中的纹理数据，通过CPU 上传给 服务器端缓存中。

如果设备（PC/Mobile）上有GPU，则数据传输次数越多，GPU的利用率越低。（参见 Batch,Batch,Batch文档）

二、解决方案

使用批处理的思想 ，在OpenGL中批量处理字体， 减少Draw Call次数，减少OpenGL的状态改变，只要不超过硬件处理能力，每次CPU给GPU传输的数据块越大越好。英文字体比较易于处理，可以预先把26个字符全部保存到一张图片中，如果程序中有不同尺寸的字体，可以把各个尺寸下所有字母 数字保存到图片中，程序启动时候 一次传给OpenGL，绘制每个字母时，需要获取该字母在纹理中的纹理坐标，然后计算字母四个角的顶点位置，把场景中所有字母 的纹理和位置数据 全部保存到一个vertex_buffer中，最后调用 一次  glDrawElements函数 绘制。

为了加速顶点数据传输，可以采用 VBO技术，顶点数组模式下顶点数据在客户端，每次绘制时将数据传给服务器，而Vertex buffer object是在服务器，客户端要修改vbo中的数据时，必须先将服务器端的缓存映射到客户端。因为VBO是在服务器端，所以绘制时 OpenGL直接从VBO中取数据，效率更高。

三、实例

google code上开源项目freetype进行了不错的尝试。http://code.google.com/p/freetype-gl/

freetype-gl ：A quick OpenGL/Freetype example for displaying a unicode text using a (single) vertex buffer. The idea is simply to tightly pack every necessary glyphs into a single texture and to generate a single vertex buffer to draw the text. 

参考文献：

1. Batch, Batch, Batch:” What Does It Really Mean

2. OpenGL Vertex Buffer Object ：http://www.songho.ca/opengl/gl_vbo.html