[游戏开发]游戏引擎Flax Engine分析（五）渲染

2021SC@SDUSC?

一、简述

?????????这一篇博客进一步看GPUShader部分，然后再看继承自GPUShaderProgram的几个类 ，也就是GPU着色器的功能。

二、分析?

? ? ? ? GPUShader接口继承自?GPUResource，是带有着色器程序的 GPU 资源，可以在 GPU 上运行，并能够使用纹理、顶点和其他资源执行渲染计算。

GPUShaderProgramsContainer _shaders;
GPUConstantBuffer* _constantBuffers[MAX_CONSTANT_BUFFER_SLOTS];

? ? ? ? GPUShaderProgramsContainer表示具有排列和自定义名称的着色器程序集合。?

? ? ? ? GPUConstantBuffer用于将参数传递给 GPU 上的着色器的常量缓冲区对象。

? ? ? ? 接口内预定义的方法：

（1）

virtual bool Create(class MemoryReadStream& stream);

????????创建着色器资源并从字节加载其数据。?

????????stream是带有已编译着色器数据的流。

????????返回值，如果不能创建状态则为真，否则为假

（2）

? ? ? ? Get着色器的几个方法，这里只举其中一个例子：

API_FUNCTION() FORCE_INLINE GPUShaderProgramVS* GetVS(const StringAnsiView& name, int32 permutationIndex = 0) const
    {
        return static_cast<GPUShaderProgramVS*>(GetShader(ShaderStage::Vertex, name, permutationIndex));
    }

? ? ? ? 获取顶点着色器。

? ? ? ? name为着色器程序名，?permutationIndex着色器排列索引，缺省值为0。

? ? ? ? 返回着色器对象。

（3）

FORCE_INLINE bool HasShader(const StringAnsiView& name, int32 permutationIndex = 0) const
    {
        return _shaders.Get(name, permutationIndex) != nullptr;
    }

????????确定指定的着色器程序是否在着色器中。_shaders是上述声明的着色器集合。

????????name为着色器程序名，?permutationIndex着色器排列索引，缺省值为0。

? ? ? ? 返回值，着色器有效返回真，否则为假。

????????接下来我们再继续深入，看一下着色器集合GPUShaderProgramsContainer：

Dictionary<int32, GPUShaderProgram*> _shaders;

? ? ? ?首先是数据结构， Dictionary是带有映射键值对的无序字典模板。然后是主要方法：

void Add(GPUShaderProgram* shader, int32 permutationIndex);
GPUShaderProgram* Get(const StringAnsiView& name, int32 permutationIndex) const;

? ? ? ? Add向集合中加入新的着色器，Get使用着色器名和索引获取集合中的着色器，查找失败时返回null?。然后是根据给定着色器程序名和排列索引计算哈希值：

static uint32 CalculateHash(const StringAnsiView& name, int32 permutationIndex);

? ? ? ? GPUShader暂时介绍到这里，接下来我们看继承自GPUShaderProgram的几个类?。

? ? ? ? Shader是运行在GPU上的一组指令，这里仅介绍各个着色器的功能，不涉及具体实现。

着色器：?

1. 着色器只是一种把输入转化为输出的程序。着色器也是一种非常独立的程序，因为它们之间不能相互通信；它们之间唯一的沟通只有通过输入和输出。
2. 在最简配置下，至少都得有两个着色器：一个叫顶点着色器（vertex shader），它将作用于每个顶点上；另一个叫片段着色器（fragment shader），它将作用于每一个采样点。我们采用4倍抗锯齿，因此每个像素有四个采样点。
3. 如果我们打算从一个着色器向另一个着色器发送数据，我们必须在发送方着色器中声明一个输出，在接收方着色器中声明一个类似的输入。当类型和名字都一样的时候，OpenGL就会把两个变量链接到一起，它们之间就能发送数据了（这是在链接程序对象时完成的）。

（1）GPUShaderProgramVS* VS （Vertex Shader）顶点着色器程序

????????顶点着色器是一组指令代码，这组指令代码在顶点被渲染时执行。 同一时间内，只能激活一个顶点着色器。当渲染一个顶点时，API会执行你在顶点着色器中所写的指令。依靠这种方法，你可以自己控制每个顶点，包括渲染，确定位置，是否显示在屏幕上。

（2）GPUShaderProgramHS* HS?船体着色器程序（Hull Shader外壳着色器）

?????????Hull Shader为曲面细分中的一种技术手段，?生成细分输出面片的顶点，更新所有逐顶点或逐面片的属性值； 设置细分层次因数，以控制生成图元的属性值。

（3）GPUShaderProgramDS* DS?域着色器程序（Domain Shader）

? ? ? ?域着色器用于计算细分图元的顶点位置，它对Tessellator的每个输出点运行一次，能够只读访问其输出的uvw标量坐标，同时使用hull shader的两项输出数据。所有的顶点信息都会在这里计算，会涉及到大量运算。 域着色器同样为曲面细分的其中一部分，有关曲面细分着色器的相关知识可参考：https://blog.csdn.net/ifenghua135792468/article/details/106851708/

（4）GPUShaderProgramGS* GS?几何着色器程序（Geometry Shader）

????????一般只使用了顶点和片段着色器，这也是基本和必须的两个着色器，而几何着色器是一个可选的着色器，其位于顶点和片段着色器之间。

　　几何着色器接收来自顶点着色器的一个片元的一组顶点，然后可以对其进行变换，可以输出新的不同类型的片元，也可以增加顶点数，其功能非常强大。

（5）GPUShaderProgramPS* PS?像素着色器程序 （Pixel Shader，也叫Texture Shader纹理着色器，Fragment Shader片元着色器）

????????片元着色器的作用是处理由光栅化阶段生成的每个片元，最终计算出每个像素的最终颜色。归根结底，实际上就是数据的集合。这个数据集合包含每一个像素的各个颜色分量和像素透明度的值。

????????到这里，管道状态初始化过程中涉及到的部分基本分析完毕，接下来我们将继续回到2D渲染后面的部分。?

? ? ? ? ?2D渲染服务：

class Render2DService : public EngineService

? ? ? ? 首先看EngineService，引擎服务对象。首先看其主要方法;

static EngineServicesArray& GetServices();

????????获取所有已注册服务的列表，管理的对象是所有引擎提供的服务。返回对象如下：

typedef Array<EngineService*, FixedAllocation<128>> EngineServicesArray;

? ? ? ? EngineService此外还有相关排序?，这里不再赘述。

? ? ? ? 我们回到Render2DService，构造器继承自其父类EngineService，初始化服务名称。进行初始化工作以及关闭工作，主要是异步加载GUI着色器。

? ? ? ? 这篇博客暂时到这，后续将继续分析?2D渲染服务的其他部分