光追渲染器开发记录：基础渲染架构/线程池/泛型单例

目录

程序的主入口：

构建BVH：

渲染循环：

核心功能：

多线程加速：

泛型单例：

消息队列：

线程池：

线程同步：

学习资料：
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光追渲染器开发记录：开发环境配置Cmake+Vcpkg进行集成_This is MX的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_56399931/article/details/123835101下一篇记录：

光追渲染器开发记录：BVH加速结构构建与射线求交_This is MX的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_56399931/article/details/124145240

前记：个人水平有限，如果有改进的建议欢迎提出-------------------------------------------博主：mx

程序的主入口：

渲染器目前主入口长这样：

后续添加修改内容肯定会进行更改。

我们的主入口主要做了以下几件事：

· 构建场景

· 初始化渲染器

· 建立空间切分

· 侦听输入

· 渲染tick

构建BVH：

截取了核心的一部分：

这里我采用games101里面的递归构建方法，核心就是：获取到最大的轴，根据那个轴进行排序切分递归构建。

渲染循环：

先看图：

核心功能：

渲染循环主要做两个事情：

· Path Tracing 获取屏幕的每个像素颜色

· PostProcess后处理

这一部分肯定需要进行多线程加速。

多线程加速：

为了使用多线程加速

这里多线程，采用了单例的线程池。

泛型单例：

这个比较简单，就是采用的懒汉版单理模式，然后c++11是要求编译器保证内部静态变量的线程安全性，所以这个单例也是线程安全的，并且泛型能够适配多种类。

消息队列：

这个核心是把消息队列适配多种任务，并且需要是线程安全的，所以我做的是把原生的std::queue进行改造，对齐进行加锁，保证在调用的时候不会错误。

线程池：

这个其实就比较难。主要是工作线程和消息封装这两个部分。

工作线程：

首先我们使用一个封装的工作线程来调用消息队列里面的消息，他会在线程池运行的时候，不断获取消息队列的任务进行执行，如果消息队列里面没有任务了，就会阻塞当前线程，直到有任务被唤醒。

消息封装：

我们封装的函数应该做到以下两点：

• 接收任何参数的任何函数。（普通函数，Lambda，成员函数……）
• 立即返回任务结束的结果，避免阻塞主线程。。

这里我们涉及几个知识：

· typename... Args：这个是C++11引入的可变模版参数（variadic templates）

· decltype：decltype(表达式)能够根据表达式推断出类型

· 尾返回类型（trailing return type）：例如这样的来自动推断返回类型：

template
auto add2(T x, U y) -> decltype(x+y){
return x + y;
}

· std::future ：提供了一种用于访问异步操作结果的机制。我们可以使用std::future的wait()方法来设置屏障，阻塞线程，实现线程同步。并最终使用std::future的get()方法来获得执行结果。

· std::function ：它是一种通用、多态的函数封装，它的实例可以对任何可以调用的目标实体进行存储、复制和调用操作，它也是对 C++中现有的可调用实体的一种类型安全的包裹（相对来说，函数指针的调用不是类型安全的），简而言之，std::function 就是函数的容器。

· std::bind ：它可以将函数f和参数args绑定起来，留下一部分在真正调用时确定（当然，你也可以直接指定全部参数，在调用时不再指定。）。这个特性其实很适合做回调函数。

· std::forward：这个主要涉及万能引用、完美转发以及引用折叠。

· · 完美转发：

指的是函数模板可以将自己的参数“完美”地转发给内部调用的其它函数。

· · 万能引用（universal reference）

只有在发生类型推导的时候 “&&” 才代表 universal reference

如果用来初始化universal reference的表达式是一个左值，那么universal reference就变成lvalue reference。

如果用来初始化universal reference的表达式是一个右值，那么universal reference就变成rvalue reference。

· · 引用折叠

引用折叠只有两条规则:

一个 rvalue reference to an rvalue reference 会变成 (“折叠为”) 一个 rvalue reference.

所有其他种类的"引用的引用"(i.e., 组合当中含有lvalue reference) 都会折叠为 lvalue reference.

了解了这些之后我们再来看这个消息的封装：

核心其实是：自动推断出返回的future，用这个future来进行结果的获取。函数体是主要先绑定参数，然后将其封装成一个void()类型的函数方便调用，然后将其提交到任务队列，并唤醒一个线程。

这里提一下我们的消息队列也将每日任务统一的封装成了std::function，对于返回值呢我们通过std::future来获取。

线程同步：

因为我希望用单例控制所有线程，这就要求，Path Tracing 获取完屏幕的所有像素颜色，再进行PostProcess后处理，对于我们的线程池来说就得要判断所有任务完成，主线程再继续进行。那就往线程池加这样一个Join的功能。

怎么做呢？

一个循环计数器message_num，每提交一个任务++，每个任务彻底运行完成--，主线程阻塞一下，message_num=0的时候再将其唤醒。

学习资料：

games101 光追渲染器

1.基于C++11实现线程池 - 知乎

2.C++中的单例模式_bob62856的博客-CSDN博客_c++ 单例模式