作者:华文广 更新:2007/5/10 www.physdev.com
要想实现GPU编程,需要比较好的相关理论基础才行。如果你以前没有这方面的基础,请先学习一下相关的知识,推荐看一下文章《GPGPU::数学基础教程》
以下介绍两种不同的实现方法,随着显卡的不断发展,可能会有更好的解决方法,但以下两种方法是目前比较常用的。
方法 1: 在顶点着色其间读取纹理,也就是(Vertex Texture Fetch).
可以看一下以下论文:http://developer.nvidia.com/object/using_vertex_textures.html
优点:
不用拷贝到VBO。
灵活的纹理数据读取
消耗比较少的显存资源
缺点:
只有NVidia的N3.0以上的显卡才支持
只支持少量的浮点纹理格式(GL_RGBA_FLOAT32_ATI)
老的显卡(GFX系列之前)不支持,GF6以后的才可以。
稍为要慢一点,GF6600GT的读取纹理的速度是30M/秒,如果该纹理要先经过FBO作处理的话,则会更慢一些。当然,这里的慢是相对于后面将要绍介的第二种方法而言,但如果与把纹理读回到CPU内存的速度相比,这个方法要快得多。
方法 2: 拷贝到像素缓冲对像(PBO)
PBO指的是: pixel buffer object,PBO能直接转换为VBO,用作顶点数组的渲染。
优点:
支技多种PBO的数据格式,而不紧紧是浮点的RGBA。
更快。在GF6600GT显卡上,渲染FBO + 拷贝FBO到PBO + 渲染VBO,速度是58M/秒。据说现在新的G8显卡,可以省去拷贝这一步,也就是直接渲染到VBO,那速度就更快了。
缺点:
比较高的显存消耗。
须要额外的拷贝动作。
使用多个FBO渲染对像时,每个对像必许用同一种数据格式。例如:如果我们想在一个渲染通道中,把position信息渲染到浮点RGB缓冲区块,然后把normal信息渲染到BYTE-RGB格式的缓冲区,这样做是不行的。
注意:老的GFX显卡不支持多渲染对像。
方法 1: 在顶点着色其间读取纹理.
步骤 1: 生成 FBO
生成一个FBO,然后把一个用来保存顶点数据的纹理绑定到这个FBO上。
步骤 2: 生成 VBO
生成一个顶点缓冲对像(VBO),用来保保存纹理坐标信息,主要的作用就是为了在顶点着色期间能正确定位并读取到FBO纹理中的数据。
Create a vertex buffer object (VBO) holding texture coordinates for
referencing the FBO texture (e.g. a position VBO with
2 float-coordinates per vertex)
( see further down the text how to create )
步骤 3: 渲染 FBO
( 详细说明请看后面的内容 )
步骤 4: 渲染 VBO
这里,我们先从VBO得到顶点坐标,然后用该坐标来访问FBO纹理,并取得纹理数据。
以下例子是一个顶点程序的代码:
Code:
// vertex.position is our // index to the real vertex array !!ARBvp1.0 OPTION NV_vertex_program3; PARAM mvp[4] = { state.matrix.mvp }; TEMP real_position; TEX real_position, vertex.position, texture[0], 2D; DP4 result.position.x, mvp[0], real_position; DP4 result.position.y, mvp[1], real_position; DP4 result.position.z, mvp[2], real_position; DP4 result.position.w, mvp[3], real_position; END ;
Quote:
Originally Posted by Nvidia Documentation
顶点纹理的调用会有许多的限制,必须使用GL_TEXTURE_2D的纹理对像,目前只支持GL_LUMINANCE_FLOAT32_ATI 和 GL_RGBA_FLOAT32_ATI 两种数据格式,这两种格式都表示只支持32-bit的浮点数据,前者是单通道,后者是四通道。值得注意的是:如果使用其它的纹理格式,或用了一些不被支持的过滤模式,会造成一些问题,显卡驱动可能会退回到软件模式下进行顶点处理。
以下是一个正确的代码写法。
GLuint vertex_texture; glGenTextures(1, &vertex_texture); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, vertex_texture); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_LUMINANCE_FLOAT32_ATI, width, height, 0,GL_LUMINANCE,GL_FLOAT, data);
方法2. 拷贝到像素缓冲对像 (PBO).
步骤 1: 生成一个用作像素缓冲对像的VBO:
示例:
GLuint vbo_points_handle; glGenBuffersARB(1, &vbo_vertices_handle); glBindBufferARB(GL_PIXEL_PACK_BUFFER_EXT, vbo_vertices_handle); glBufferDataARB(GL_PIXEL_PACK_BUFFER_EXT, vbo_points.size()*4*sizeof(float ),NULL,GL_DYNAMIC_DRAW_ARB );
步骤 2: 生成一个 FBO.
多个渲染对像可以帮助我们实现同一时间写入顶点/法线/副法线。以下是一个生成FBO的示例:
GLuint fb_handle; glGenFramebuffersEXT(1,&fb_handle); fbo_tex_vertices = NewFloatTex(tex_width,tex_height,0); fbo_tex_normals = NewFloatTex(tex_width,tex_height,0);
这段代码是演示如何生成浮点数据的纹理。
/** * Sets up a floating point texture with NEAREST filtering. * (mipmaps etc. are unsupported for floating point textures) */ void setupTexture (const GLuint texID,int texSize_w,int texSize_h) { // make active and bind glBindTexture(textureParameters.texTarget,texID); // turn off filtering and wrap modes glTexParameteri(textureParameters.texTarget, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST); glTexParameteri(textureParameters.texTarget, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); glTexParameteri(textureParameters.texTarget, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP); glTexParameteri(textureParameters.texTarget, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP); // define texture with floating point format glTexImage2D(textureParameters.texTarget,0,textureParameters.texInternalFormat, texSize_w,texSize_h,0,textureParameters.texFormat,GL_FLOAT,0); // check if that worked if (glGetError() != GL_NO_ERROR) { printf("glTexImage2D():[FAIL] "); // PAUSE(); exit (ERROR_TEXTURE); } else if (mode == 0) { printf("glTexImage2D():[PASS] "); } // printf("Created a %i by %i floating point texture. ",texSize,texSize); }
注意:即使我们可以生成RGB的纹理,但它内部格式可能还是RGBA的,用glReadPixels()来读取数据时由于要进行格式转换,可能会减慢运行的速度。因此,多数情况下,我们尽量使用RGBA的格式。
步骤 3: 渲染 FBO
输入纹理中包含有必要的数据(如:顶点位置、法线等),经过运算之后,把数据保存到输出纹理中。
下面代码是绑定FBO缓冲区:
//glBindFramebufferEXT(GL_attach two textures to FBO glFramebufferTexture2DEXT(GL_FRAMEBUFFER_EXT, attachmentpoints[0], textureParameters.texTarget, outTexID, 0); // check if that worked if (!checkFramebufferStatus()) { printf("glFramebufferTexture2DEXT(): [FAIL] "); // PAUSE(); exit (ERROR_FBOTEXTURE); } else if (mode == 0) { printf("glFramebufferTexture2DEXT(): [PASS] "); }
下面代码通过渲染一个四边形来触发FBO的运算。
// make quad filled to hit every pixel/texel // (should be default but we never know) glPolygonMode(GL_FRONT,GL_FILL); if (textureParameters.texTarget == GL_TEXTURE_2D) { // render with normalized texcoords glBegin(GL_QUADS); glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex2f(0.0, 0.0); glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex2f(outTexSizeW, 0.0); glTexCoord2f(1.0, 1.0); glVertex2f(outTexSizeW, outTexSizeH); glTexCoord2f(0.0, 1.0); glVertex2f(0.0, outTexSizeH); glEnd(); } else { // render with unnormalized texcoords glBegin(GL_QUADS); glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex2f(0.0, 0.0); glTexCoord2f(outTexSizeW, 0.0); glVertex2f(outTexSizeW, 0.0); glTexCoord2f(outTexSizeW, outTexSizeH); glVertex2f(outTexSizeW, outTexSizeH); glTexCoord2f(0.0, outTexSizeH); glVertex2f(0.0, outTexSizeH); glEnd(); }
gluOrtho2D是必须要有的! 如果没有, glReadPixels运行时会出错
/** * Creates framebuffer object, binds it to reroute rendering operations * from the traditional framebuffer to the offscreen buffer */ void initFBO(void) { // create FBO (off-screen framebuffer) glGetIntegerv(GL_DRAW_BUFFER, &_currentDrawbuf); // Save the current Draw buffer glGenFramebuffersEXT(1, &fb); // bind offscreen framebuffer (that is, skip the window-specific render target) glBindFramebufferEXT(GL_FRAMEBUFFER_EXT, fb); // viewport for 1:1 pixel=texture mapping glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluOrtho2D(0.0, outTexSizeW, 0.0, outTexSizeH); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glViewport(0, 0, outTexSizeW, outTexSizeH); }
步骤 4: 拷贝 FBO 的数据到 PBO
Example:
/** *Copy from FBO to PBO * */ void copyFromTextureToPBO(GLuint pboID,int texSize_w,int texSize_h) { glReadBuffer(attachmentpoints[0]); glBindBufferARB(GL_PIXEL_PACK_BUFFER_EXT, pboID); glReadPixels(0, 0, texSize_w,texSize_h, textureParameters.texFormat,GL_FLOAT, 0); glReadBuffer(GL_NONE); glBindBufferARB(GL_PIXEL_PACK_BUFFER_EXT, 0 ); }
( vbo_vertices.size() == tex_width * tex_height )
步骤 5: 渲染 VBO:
glBindBufferARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, vbo_vertices_handle); glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); glVertexPointer ( 4, GL_FLOAT,4*sizeof(float), (char *) 0); glBindBufferARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, vbo_normals_handle); glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);glNormalPointer(GL_FLOAT, 4*sizeof(float), (char *) 0 ); glDrawArrays( GL_TRIANGLES, 0,vbo_vertices.size() ); glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY); glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
本文章所带的例子,实现了在GPU中计算B样条曲线的功能,用到的技术有:VBO,FBO,Render to vertex,CG,B-spline.实现过程如图所示:
主要分为三个阶段:
第一阶段:GPU片段着色运算,生成FBO顶点数据。
把样条控制点的数据发送到GPU的一个输入纹理(控制点纹理)。
在片段处理单元中读取控“制点纹理”中的数据,使用B样条插值函数,计算插值顶点,把结果保存到FBO所绑定的输出纹理(插值纹理)中。
第二阶段:FBO拷贝到PBO
把插值纹理通过使用glReadPixels()函数,拷贝到PBO中。
第三阶段:渲染VBO
使用glDrawArrays(); 来渲染样条曲线。当然这里我们要把前面生成的PBO数据指定为一个VBO对像。
整个过程的插值运算及数据拷贝,都是在GPU中进行,最终的顶点数据直接用顶点数组来作渲染,数据没有返回到CPU中因此速度会非常快。
声明:
本译文可以自由转载,要求保留原作者信息并注明文章出自物理开发网:http://www.physdev.com/
本文所提供的代码在NV6600的显卡测试通过,如果如果你在其它显卡上测试有问题,可以到物理开发网(www.physdev.com)的GPGPU/CUDA论坛上发表留言进行反溃。
下一步计划将要写一个GUP粒子系统示例,GUP布料系统示例,GPU头发系统示例,敬请关注。
http://oss.sgi.com/projects/ogl-sample/registry/EXT/pixel_buffer_object.txt
http://developer.nvidia.com/object/using_vertex_textures.html
http://wiki.delphigl.com/index.php/GLSL_Partikel
http://www.mathematik.uni-dortmund.de/~goeddeke/gpgpu/tutorial.html#arrays3
http://download.developer.nvidia.com/developer/SDK/Individual_Samples/samples.html