Qt新渲染底层Scene Graph研究（一）

Qt 5提出了一个新的渲染底层，以替代Qt4时期的Graphics View，这个渲染底层就是Scene Graph。其实这个底层的作用和Open Scene Graph是差不多的，但是由于是不同的团队进行开发的，所以两者没有必然的联系。Scene Graph主要利用OpenGL ( ES )2的渲染优势，在2D和3D以非常流畅的速度进行渲染，满足日益增长的界面效果需求，同时Scene Graph预留了各种各样的接口，满足大家定义显示和渲染效果的需要。

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如果大家使用过Qt 5的Qt Quick模块，你会感觉QtQuick的画面渲染速度和效率比Qt 4的GraphicsView来说好很多。当然Qt Graphics View在指定OpenGL渲染context为OpenGL时，差距可能小一些，但也较为明显。这一块儿，主要在渲染部分精简了渲染堆栈，并且充分利用显卡加速，将渲染负担转移到GPU来进行，实现了负载均衡。由于Scene Graph是直接构建在OpenGL之上的，因此Scene Graph对于OpenGL开发者来说要熟悉一些，而从来没有接触过OpenGL开发的开发者就有些为难了，幸好Qt在其之上有QQuickPaintedItem等方便的类，它可以像QPainter那样对其进行渲染操作。当然源码对于这一部分的操作是极其复杂的，需要考虑很多情况，幸运的是这一部分运行起来很快，不会占用很长的渲染时间。而且对于库的使用者来说，相当轻松。

使用Qt的Scene Graph来开发应用，为了提升性能，要点是批量渲染。这是由OpenGL的特性决定的，因为通过OpenGL，将以往CPU串行的部分并行化，从而大大提升渲染效率，再加上OpenGL本质上是一个巨大的状态机，在进行批量渲染的时候，可以有效地减少OpenGL状态切换所带来的性能开销，同时OpenGL预留的一些状态，需要开发者有基本的认知，由于OpenGL是一个开放的标准，因此考虑到兼容性，其采用了C/S架构。C端即CPU部分，S端对应GPU。在顶点和纹理数据从C端传入S端之前，会在C端形成一个缓冲区（一说缓存），我们常说的VBO、FBO和PBO就是这一类缓冲区。正确地设置缓冲区的数量和大小，可以为应用程序的性能提升带来很大的帮助。

Qt的Scene Graph在Qt 5.1到Qt5.2时有一个质的飞跃，因为其内部采用了新的Scene Graph渲染器。在Qt中，渲染器是可以替换的，所以说Qt 5.1之前采用的渲染器和Qt 5.2采用的渲染器是很不一样的。Qt官方当时做了一个性能测试，测试表明，OpenGL的API调用次数得到了显著的降低。其中采用了很多先进的思想比如说纹理图集（TextureAtlas）。一句话，Scene
Graph总体的目标就是批量、批量再批量。

最后，介绍一下如何使用环境变量来进行对Qt的Scene Graph进行可视化检测。Qt的Scene Graph通过QSG_VISUALIZE来检测其渲染。

1、 测试批量渲染

通过指定QSG_VISUALIZE=batches来检查批量渲染情况，相同颜色标明其作了批量渲染。场景的颜色数越少，批量渲染就越好，渲染的效率就越高。

2、 测试裁剪情况

通过指定QSG_VISUALIZE=clip来检查裁剪情况。因为Item有一个clip的选项，如果打开的话，那么会通过较鲜艳的红色斜线显示出来。图中左上角的图像表示设置了Item::clip = true。

3、 测试全景绘制效果

这是一个非常直观且非常炫的效果。通过指定QSG_VISUALIZE=overdraw来检查在三维视图中各个图元的显示情况。所显示的图元都集中在x∈[0，Screen.width]，y∈[0，Screen.height]，z∈[0，1]的立方体中。如果发现自己创建的Item没有在视口中显示，看看在这种情况是不是跑到视口外面去了呢。

所用的程序均来自我制作的全平台独立游戏《十日驱鬼记》。下载链接参见：这里