ogre的主要渲染流程

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理解一个渲染引擎，我觉得最重要的是先抓住了它的主架构，它的主线，渲染流程，不然的话，一个引擎几万行，甚至几十万行的代码，光是打开solution就能吓你一跳了，OGRE也有十几万行的代码量，我一开始看它的时候也是无从下手，感觉代码太多了，不知道从哪开始看好，这个class看看，那个class看看，由于对整个引擎没有一个清晰的认识，看过了也印象不深，所以，最后，还是决定先找出它的主线，了解它的渲染流程，这样才能有机地把各个部分联系起来。

      这篇短文也是对OGRE的主要渲染流程的一个介绍，可能对一些class不会太多地去介绍具体的实现细节。我所用的代码都是取自于OGRE的最新的CVS版本。

      读者最好对OGRE有一定的了解，至少得看懂它的example，不然可能一些东西理解起来比较困难。对D3D，OPENGL有一定了解更好。

      如果你看过D3D SDK中带的例子，你一定知道一个比较简单的3D程序要运行起来，至少都会涉及以下的几部分：

      首先是数据的来源，包括顶点数据，纹理数据等，这些数据可以从文件中读取，也可以在程序运行时生成。

      接下来，我们会建立顶点缓冲区把顶点保存起来，建立texture对象来表示texture，对顶点组成的物体设置它在世界坐标系下的坐标，设置摄像机的位置，视点，设置viewport的位置和大小，然后就可以在渲染循环中开始调用渲染操作了，经过了front buffer和back buffer的交换，我们就能在屏幕上看到3D图形了，伪代码如下：

      setupVertexBuffer

      setWorldTransform

      setCamera

      setProjectionTransform

      setViewport

       beginFrame

      setTexture

      drawObject

      endFrame

      以下就是渲染一个物体的主要步骤，在我看来，这就是3D程序的主线，同样道理，无论你多复杂的渲染引擎，都得实现上述的这些步骤，其他的一些效果如阴影，光照等，都是附着在这条主线上的，所以，如果你能在你所研究的渲染引擎上也清晰地看到这条主线，可能对你深入地研究它会大有帮助，下面，我们就一起来找到OGRE中的这条主线。

      OGRE的渲染循环都是起源于Root::renderOneFrame，这个函数在OGRE自带的example中是不会显式调用的，因为example都调用了Root::startRendering，由startRendering来调用renderOneFrame，如果你用OGRE来写真正的游戏，或者编辑器，你可能就需要在的消息主循环中调用renderOneFrame了，顾名思义，这个函数就是对整个OGRE进行一帧的更新，包括动画，渲染状态的改变，渲染api的调用等，在这个函数中，会包括了我们上述伪代码的几乎全部内容，所以是本文的重点所在。

      进入renderOneFrame，可以看到头尾两个fire函数，这种函数在OGRE中经常出现，一般都是fire…start和fire…end一起出现的，在这些函数中，可能会处理一些用户自定义的操作，如_fireFrameStarted就会对所以的frameListener进行处理，这些fire函数可以暂时不用理会，继续看_updateAllRenderTargets，在这个函数中，会委派当前所用的renderer对所有创建出来的render target进行update，render target也就是渲染的目的地，一般会有两种，一种是render texture，一种是render buffer，接着进入RenderSystem::_updateAllRenderTargets，可以看到在render system中，对创建出来的render target是用RenderTargetPriorityMap来保存的，以便按照一定的顺序来对render target进行update，因为在渲染物体到render buffer时，一般会用到之前渲染好的render texture，所以render texture形式的render target需要在render buffer之前进行更新。

      进入render target的update，可以看到，它仍然把update操作继续传递下去，调用所有挂在这个render target上的viewport的update。

      Viewport其实就是定义了render target上的一块要进行更新的区域，所以一个render target是可以挂多个viewport的，以实现多人对战时分屏，或者是画中画等效果，可以把OGRE中的viewport看成是保存camera和rendertarget这两者的组合，把viewport中所定义的camera所看到的场景内容渲染到viewport所定义的render target的区域里。

      Viewport还有一个重要信息是ZOrder，可以看到RenderTarget中的ViewportList带有一个比较函数，所以在RenderTarget::update中，ZOrder越小的，越先被渲染，所以，如果两个viewport所定义的区域互相重叠了，而且ZOrder又不一样，最终的效果就是ZOrder小的viewport的内容会被ZOrder大的viewport的内容所覆盖。

      继续进入Viewport::update，就像前面所说，它调用它所引用的camera来渲染整个场景，而在Camera::_renderScene中，是调用SceneManager::_renderScene(Camera* camera, Viewport* vp, bool includeOverlays)。SceneManager::_renderScene里就是具体的渲染流程了。从函数名称还有参数也可以看出来，这个函数的作用就是利用所指定的camera和viewport，来把场景中的内容渲染到viewport所指定的render target的某块区域中。根据camera，我们可以定出view matrix，projection matrix，还可以进行视锥剔除，只渲染看得见的物体。注意，我们这里只看标准的SceneManager的方法，不看BspSceneManager派生类的方法，而且，我们会抛开跟主线无关的内容，如对shadow的setup，骨骼动画的播放，shader参数的传递等，因为我们只注重渲染的主流程。

      在SceneManager::_renderScene中所应看的第一个重要函数是_updateSceneGraph，OGRE对场景的组织是通过节点树来组织的，一个节点，你可以看成是空间中的某些变换的组合，如位置，缩放，旋转等，这些变换，会作用到挂接在这些节点上的具体的物体的信息，也就是说，节点保存了world transform，对具体的物体，如一个人，在空间中的定位，都是通过操作节点来完成的。同时节点还保存了一个世界坐标的AABB，这个AABB能容纳所有它所挂接的物体的大小，主要是用于视锥裁减的，如果当前摄像机看不见某个节点的AABB，那么说明摄像机看不见节点所挂接的所有物体，所以在渲染时可以对这个节点视而不见。

      _updateSceneGraph的内部处理比较繁琐，我们只需知道，经过了_updateSceneGraph，场景节点树中的每个节点都经过了更新，包括位置，缩放，和方位，还有节点的包围盒。

      继续回到SceneManager::_renderScene，接下来要看的是setViewport，它会调用具体的renderer的setviewport的操作，设置viewport中所挂接的render target为当前所要渲染的目标，viewport中的区域为当前所要渲染的目标中的区域。

      接下来要碰到OGRE渲染流程中的一个重要的概念，Render Queue。这个东西实在内容比较多，还是以后有机会单独提出来说吧，你可以简单把它想成是一个容器，里面的元素就是renderable，每个renderable可以看成是每次调用drawprimitive函数所渲染的物体，可以是一个模型，也可以是模型的一部分。在RenderQueue中，它会按材质来分组这些renderable，还会对renderable进行排序。

      在每一次调用SceneManager::_renderScene时，都会调用SceneManager::prepareRenderQueue来清理RenderQueue，然后再调用SceneManager::__findVisibleObjects来把当前摄像机所能看见的物体都加入到RenderQueue中。

      SceneManager::__findVisibleObjects是一个递归的处理过程，它从场景的根节点开始，先检查摄像机是否能看见这个节点的包围盒（包围盒在_updateSceneGraph时已经计算好了），如果看不见，那么这个节点，还有它的子节点都不用管了。如果能看见，再检测挂在这个节点上的所有MovableObject，如果当前所检测的MovableObject是可见的，就会调用它的_updateRenderQueue方法，一般在这个方法里就可以把和这个MovableObject相关的renderable送入RenderQueue了。

      这里要说说MovableObject，MovableObject主要是用于表示场景中离散的物体，如Entity，顾名思义，能移动的物体，不过它的“能移动”这个能力是要通过SceneNode来实现的，所以MovableObject来能显示出来，首先得先挂接在某个场景节点上，通过场景节点来定位。你可以控制MovableObject的一些属性，如某个MovableObject是否要显示，是否要隐藏，都可以通过MovableObject::setVisible方法来实现。

      检测完该节点上的MovableObject之后，就继续调用所有子节点的_findVisibleObjects方法，一直递归下去。这样，就能把场景中所有要渲染的renderable所加入到RenderQueue中了。

      至此，我们就拥有了要渲染的物体的信息了，接下来就是对这些物体进行渲染了，你会发现跟D3D或OpenGL的代码很类似的调用：

       mDestRenderSystem->clearFrameBuffer

      mDestRenderSystem->_beginFrame    

       mDestRenderSystem->_setProjectionMatrix

       mDestRenderSystem->_setViewMatrix

       _renderVisibleObjects();

      mDestRenderSystem->_endFrame();

      这些api的作用和D3D中的类似调用的作用都差不多，这里再说一下_renderVisibleObjects()，在这个函数中，会对RenderQueue中的每个renderable进行渲染，用的是visitor模式来遍历操作每个renderable，最终在SceneManager::renderSingleObject中取出每个renderable所保存的顶点，索引，世界矩阵等信息，来进行渲染。这其中还包括了查找离该renderable最近的光源等操作，比较复杂。

      到这里，SceneManager::_renderScene的流程基本走完了，也就是说，OGRE一帧中的渲染流程差不多也结束了，你应该也发现，这个流程跟你用D3D写一个简单程序的流程基本是一样的，在这个流程的基础上，再去看具体的实现，如怎么样设置纹理，怎么样调用你熟悉的D3D或OpenGL的API来渲染物体，应该会简单得多。