OpenGL10-骨骼动画原理篇(3)-Shader版本代码已经上传
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接上一个例程OpenGL10-骨骼动画原理篇(2),对骨骼动画的基本原理做了介绍,接下来
要对之前做的工作做一个分析和优化,骨骼动画要做大量的数学计算,当一个模型的顶点
与骨骼的数量都很多的情况下,会消耗大量的cpu时间,接下来要做的事情就是对程序进行
优化,从上面的计算过程,可以得出,有两个地方的计算量比较大,首先是矩阵和顶点相乘
,其次是每一帧要插值新的骨骼出来,相对定点计算来讲,骨骼的插值计算量应该算是较小
的,一个人物模型少则1000个顶点,多则几千个顶点。因此我们优化就从定点的计算开始
当然,我们有三种方案,甚至更多(我只用其中的两个)。
一:使用CPU优化
二:使用Shader(glsl)优化
三:使用cuda或者OpenCL进行优化
先来看第一种,说道cpu优化,大家可能想到两件事情,一是从算法角度出发去优化算法,
二是使用使用更好的CPU指令进行优化,没错,我们就是要这样做,矩阵相乘的算法优化的空
间可能已经不大,但是我们采用SIMD指令集和对浮点运算做优化空间还是很大的。
SIMD:
(Single Instruction Multiple Data,单指令多数据流)能够复制多个操作数,并把它们打包
在大型寄存器的一组指令集,例:3DNow!、SSE。以同步方式,在同一时间内执行同一条指令。以
浮点计算来说,基本上可以到达四倍的加速比。因此采用SIMD可以大幅度的提高性能。cup上使用SIMD
指令:
- __m128 sse_mul_ps(__m128 v, __m128 const m[])
- {
- __m128 i0 = m[];
- __m128 i1 = m[];
- __m128 i2 = m[];
- __m128 i3 = m[];
- __m128 m0 = _mm_mul_ps(v, i0);
- __m128 m1 = _mm_mul_ps(v, i1);
- __m128 m2 = _mm_mul_ps(v, i2);
- __m128 m3 = _mm_mul_ps(v, i3);
- __m128 u0 = _mm_unpacklo_ps(m0, m1);
- __m128 u1 = _mm_unpackhi_ps(m0, m1);
- __m128 a0 = _mm_add_ps(u0, u1);
- __m128 u2 = _mm_unpacklo_ps(m2, m3);
- __m128 u3 = _mm_unpackhi_ps(m2, m3);
- __m128 a1 = _mm_add_ps(u2, u3);
- __m128 f0 = _mm_movelh_ps(a0, a1);
- __m128 f1 = _mm_movehl_ps(a1, a0);
- __m128 f2 = _mm_add_ps(f0, f1);
- return f2;
- }
采用Shader优化,将矩阵与顶点的计算工作放到丁点Shader中完成,这样做以后,cpu机会完全
的解放出来,计算量可以忽略不计。然而这种方案也有些弊端,我们知道shader中,不能像cpu中编写
c++代码那种去动态的申请空间,所有的工作必须提前分配好。看下面的shader实现代码:
- //! 必须提前分配足够大的空间
- uniform mat4 boneMatrices[];
- attribute vec4 weights;
- attribute vec4 matrixIndices;
- attribute vec4 numBones;
- void main( void )
- {
- vec4 index = matrixIndices;
- vec4 weight = weights;
- vec4 position = vec4( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 );
- for( float i = 0.0; i < numBones.x; i += 1.0 )
- {
- position = position + weight.x * (boneMatrices[int(index.x)] * gl_Vertex);
- index = index.yzwx;
- weight = weight.yzwx;
- }
- gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * position;
- }
这里不再针对shader做特别介绍,后面将补冲shader相关的例程
将矩阵数据传递给shader
- //! 使用shader计算顶点的位置
- glUseProgramObjectARB( _programObj );
- glUniformMatrix4fvARB( _boneMatrices_0, , false, frame._bone[].data());
- glUniformMatrix4fvARB( _boneMatrices_1, , false, frame._bone[].data());
将每一个定点的权重,矩阵的索引,以及矩阵的个数给shader:
- //! 传递权重
- fWeights[] = g_quadVertices[i * + x].weights[];
- fWeights[] = g_quadVertices[i * + x].weights[];
- glVertexAttrib4fvARB(_weights, fWeights );
- //! 传递索引
- fMatrixIndices[] = g_quadVertices[i * + x].matrixIndices[];
- fMatrixIndices[] = g_quadVertices[i * + x].matrixIndices[];
- glVertexAttrib4fvARB(_matrixIndices, fMatrixIndices );
- //! 传递数量
- fNumBones[] = g_quadVertices[i * + x].numBones;
- glVertexAttrib4fvARB(_numBones, fNumBones );
虽然有这样的缺点,但我们是可以避免的,采用的方式就是:根据动画的骨骼的数量,权重的数量去动态的
产生shader代码然后进行编译执行,这是一个解决方案,当然我们还有另外一个解决方式,就是首先预先分配
一些方案,例如当骨头数量小于32个的时候,我们调用一个shader,当在64一下的时候调用另外一个,在多一
点就调用128的 shader,....
第三种方案,对你的显卡有很高的要求,必须支持OpenCL或者cuda,才可以去使用他,当然OpenCL或者
cuda可以直接的访问OpenGL的数据,效率上来说与shader相当(我还没有进行这样的实现),有兴趣的可以进行
尝试。
CPU优化版本代码下载(稍后上传,敬请关注)
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