当场景中有比较复杂的模型时，条件渲染能够加速对复杂模型的渲染。
条件渲染(Conditional Rendering)
当我们能够断定一个模型被其他模型挡住（因此不会被Camera看到）时，我们就可以跳过对此模型的渲染。这就是条件渲染的根本。
那么如何去判断？方法就是用一个简单的包围盒（比如一个立方体）去渲染一下，看看fragment是不是有变化（即包围盒上的某些部分通过了depth test，最终渲染到Framebuffer上了）。如果没有任何一个fragment发生改变，就说明这个包围盒是被挡住了，那么被包围起来的模型也必然是被挡住了。
下载
CSharpGL已在GitHub开源，欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入（https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL）
原理
本篇需要用到2个知识点。
遮面查询(Occlusion Query)
这里OpenGL提供了一个Query Object。类似Buffer Object，Vertex Array Object等，也是通过glGen*等方式使用的。
Query Object的作用就是记录一个包围盒是否改变了某些fragment。
如下代码所示，在通常的渲染前后用glBeginQuery和glEndQuery包围起来，Query就会记录是否有fragment被改变了。
1 glBeginQuery(GL_SAMPLES_PASSED, queryId); 2 glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3); 3 glEndQuery(GL_SAMPLES_PASSED);
之后用下述方式即可获知是否有fragment被改变了。只要SampleRendered()返回值为false，那么这个模型就不用渲染了。
1 /// <summary>
2 ///
3 /// </summary>
4 /// <returns></returns>
5 public bool SampleRendered()
6 {
7 var result = new int[1];
8 int count = 1000;
9 while (result[0] == 0 && count-- > 0)
10 {
11 glGetQueryObjectiv(this.Id, OpenGL.GL_QUERY_RESULT_AVAILABLE, result);
12 }
13
14 if (result[0] != 0)
15 {
16 glGetQueryObjectiv(this.Id, OpenGL.GL_QUERY_RESULT, result);
17 }
18 else
19 {
20 result[0] = 1;
21 }
22
23 return result[0] != 0;
24 }
条件渲染(Conditional Rendering)
上述Query对象使用时的一个缺点是，CPU必须用循环等待GPU的Query结果。这就拖延了后续渲染步骤，降低了FPS。
为避免CPU循环等待，OpenGL提供了下面2个指令，他们的作用就是用GPU代替了CPU循环的功能。
1 glBeginConditionalRender(uint id, uint mode); 2 glEndConditionalRender();
其使用方式也像Query对象一样，把通常的渲染指令包围起来即可。
1 glBeginConditionalRender(queryId, GL_QUERY_WAIT); 2 glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, numVertices); 3 glEndConditionalRender();
示例
一个特别的3D模型
我们需要设计一个顶点多而又被一个简单的模型遮挡住的模型。这个复杂模型就用点云表示，用于遮挡的模型就用一个简单的Cube就可以了。
运用CSharpGL封装的功能，很快就可以做出这个模型来。
1 /// <summary>
2 /// demostrates how to perform conditional rendering.
3 /// </summary>
4 internal class ConditionalRenderer : RendererBase
5 {
6 private const int xside = 5, yside = 5, zside = 5;
7 private const int pointCount = 10000;
8 private static readonly vec3 unitLengths = new vec3(1, 1, 1);
9 private const float scaleFactor = 1.0f;
10
11 private List<Tuple<CubeRenderer, RendererBase, Query>> coupleList = new List<Tuple<CubeRenderer, RendererBase, Query>>();
12 private DepthMaskSwitch depthMaskSwitch = new DepthMaskSwitch(false);
13 private ColorMaskSwitch colorMaskSwitch = new ColorMaskSwitch(false, false, false, false);
14
15 private bool enableConditionalRendering = true;
16
17 public bool ConditionalRendering
18 {
19 get { return enableConditionalRendering; }
20 set { enableConditionalRendering = value; }
21 }
22
23 private bool renderBoundingBox = false;
24
25 public bool RenderBoundingBox
26 {
27 get { return renderBoundingBox; }
28 set { renderBoundingBox = value; }
29 }
30
31 private bool renderTargetModel = true;
32
33 public bool RenderTargetModel
34 {
35 get { return renderTargetModel; }
36 set { renderTargetModel = value; }
37 }
38
39 public static ConditionalRenderer Create()
40 {
41 var result = new ConditionalRenderer();
42 {
43 var wallRenderer = CubeRenderer.Create(new Cube(new vec3(unitLengths.x * 2, unitLengths.y * 2, 0.1f) * new vec3(xside, yside, zside)));
44 wallRenderer.WorldPosition = new vec3(0, 0, 6);
45 var boxRenderer = CubeRenderer.Create(new Cube(new vec3(unitLengths.x * 2, unitLengths.y * 2, 0.1f) * new vec3(xside, yside, zside)));
46 boxRenderer.WorldPosition = new vec3(0, 0, 6);
47 var query = new Query();
48 result.coupleList.Add(new Tuple<CubeRenderer, RendererBase, Query>(boxRenderer, wallRenderer, query));
49 }
50 for (int x = 0; x < xside; x++)
51 {
52 for (int y = 0; y < yside; y++)
53 {
54 for (int z = 0; z < zside; z++)
55 {
56 var model = new RandomPointsModel(unitLengths, pointCount);
57 RandomPointsRenderer renderer = RandomPointsRenderer.Create(model);
58 renderer.PointColor = Color.FromArgb(
59 (int)((float)(x + 1) / (float)xside * 255),
60 (int)((float)(y + 1) / (float)yside * 255),
61 (int)((float)(z + 1) / (float)zside * 255));
62 renderer.WorldPosition =
63 (new vec3(x, y, z) * unitLengths * scaleFactor)
64 - (new vec3(xside - 1, yside - 1, zside - 1) * unitLengths * scaleFactor * 0.5f);
65 var cubeRenderer = CubeRenderer.Create(new Cube(unitLengths));
66 cubeRenderer.WorldPosition = renderer.WorldPosition;
67 var query = new Query();
68 result.coupleList.Add(new Tuple<CubeRenderer, RendererBase, Query>(cubeRenderer, renderer, query));
69 }
70 }
71 }
72
73 result.Lengths = new vec3(xside + 1, yside + 1, zside + 1) * unitLengths * scaleFactor;
74
75 return result;
76 }
77
78 private ConditionalRenderer()
79 { }
80
81 protected override void DoInitialize()
82 {
83 foreach (var item in this.coupleList)
84 {
85 item.Item1.Initialize();
86 item.Item2.Initialize();
87 item.Item3.Initialize();
88 }
89 }
90
91 protected override void DoRender(RenderEventArgs arg)
92 {
93 if (this.ConditionalRendering)
94 {
95 this.depthMaskSwitch.On();
96 this.colorMaskSwitch.On();
97 foreach (var item in this.coupleList)
98 {
99 item.Item3.BeginQuery(QueryTarget.AnySamplesPassed);
100 item.Item1.Render(arg);
101 item.Item3.EndQuery(QueryTarget.AnySamplesPassed);
102 }
103 this.colorMaskSwitch.Off();
104 this.depthMaskSwitch.Off();
105 var result = new int[1];
106 foreach (var item in this.coupleList)
107 {
108 item.Item3.BeginConditionalRender(ConditionalRenderMode.QueryByRegionWait);
109 //if (item.Item3.SampleRendered())
110 {
111 if (this.renderTargetModel) { item.Item2.Render(arg); }
112 if (this.renderBoundingBox) { item.Item1.Render(arg); }
113 }
114 item.Item3.EndConditionalRender();
115 }
116 }
117 else
118 {
119 foreach (var item in this.coupleList)
120 {
121 if (this.renderTargetModel) { item.Item2.Render(arg); }
122 if (this.renderBoundingBox) { item.Item1.Render(arg); }
123 }
124 }
125 }
126 }
conditional rendering demo.
条件渲染效果
下面让蓝色的墙遮挡住彩色点云。
总结
条件渲染(Conditional Rendering)是一项非常厉害的技术。当要渲染一个数据量很大的模型时，用条件渲染技术能够显著提升渲染效率，因为这个技术能够少画一些被遮挡的内容。
可疑的是，我试验出来的条件渲染时的FPS反而更低，不知道是怎么回事。
时间： 2024-08-26 05:35:42