c# - api-independent 顶点处理的好的代码结构是什么？

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目前正在使用 C# 开发 3D 媒体引擎，我遇到了一个小难题。我已经弄清楚了我的渲染循环，我得到了一个很棒的插件架构和内容管理系统，甚至一个 Material 管道都已经计划好了。然后引擎计划使用 DirectX 和 OpenGL(通过“渲染器”插件)，以及两个 API 的可编程管道。

无论如何，在本周初，我开始研究用于处理顶点的引擎抽象层(我已经害怕这个好几个星期了)。正如你们中的一些人所知，图形 API 之间的顶点处理根本不相关或相同。有点相关;)，但不一样。在 OpenGL 中处理顶点非常简单，您可以创建自定义顶点结构，将其发送到 GPU，然后让您的着色器处理其余部分。这对于灵活的图形管道来说是完美的，OpenGL 不需要知道每个顶点包含哪些元素。另一方面，DirectX 要求我们为每个顶点结构创建声明，然后将它们发送到 GPU。

问题是我不知道传递的是什么类型的顶点结构，我绝对希望避免创建涉及通过枚举和一些抽象的“VertexDeclaration”类声明顶点的每个元素的抽象层；这会导致一些问题:

1)至少可以说获取顶点元素会很痛苦。我可以使用一些 'VertexSemantic' 并询问顶点 'a - z' 的位置，但是当为骨骼动画等处理大量顶点时，它可能会有很多开销。

2) 考虑到引擎的主要焦点是“新手”，不是很人性化。我希望用户能够创建自定义顶点和网格缓冲区，而无需声明大量对象，从而消耗宝贵的开发时间。

3)更多？

现在我可以对属性做一些事情，然后在 DirectX 渲染器中为顶点结构创建声明。例如，继续创建一些枚举:

// for getting the format layout of the element
public enum ElementFormat
{
    Float, Float2, Float3, Byte, etc, etc
}
// for determining the 'usage' 
// (here is 'another' where DirectX limits vertex structures ><)
public enum ElementUsage
{
    Position, Normal, Color, TextureCoord, etc, etc
}

现在我可以创建一个属性，用户可以将其应用于其顶点结构中每个元素的“字段”:

    public class VertexElementAttribute : Attribute
    {
        #region Properties
        /// <summary>
        /// Gets the total size (in bytes) of the element.
        /// </summary>
        public int Size
        {
            get;
            set;
        }
        /// <summary>
        /// Gets the number of values contained with-in the element.
        /// </summary>
        public int Count
        {
            get;
            set;
        }
        /// <summary>
        /// Gets the type semantic of the element.
        /// </summary>
        public ElementType Type
        {
            get;
            set;
        }
        /// <summary>
        /// Gets the usage semantic of the element.
        /// </summary>
        public ElementUsage Usage
        {
            get;
            set;
        }
        #endregion

        #region Init
        /// <summary>
        /// Creates a new vertex element attribute.
        /// </summary>
        /// <param name="count">The number of values contained within the element.</param>
        /// <param name="size">The total size (in bytes) of the element.</param>
        /// <param name="type">The type semantic of the element.</param>
        /// <param name="usage">The usage semantic of the element.</param>
        public VertexElementAttribute(int count, int size, ElementType type, ElementUsage usage)
        {
            Count = count;
            Size = size;
            Type = type;
            Usage = usage;
        }
        #endregion
    }

自定义顶点结构的示例:

public struct VertexPositionColor
{
    [VertexElement(3, sizeof(Vector3), ElementType.FLOAT3, ElementUsage.POSITION)]
    public Vector3 Xyz;
    [VertexElement(4, sizeof(Color), ElementType.FLOAT4, ElementUsage.COLOR)]
    public Color Rgba; 

    ... etc
}

这会很好。在 DirectX 插件(渲染器)中，我可以只创建一个实用程序类，它可以为每个结构类型创建语义，然后缓存数据，这样就不必为每个顶点重新创建声明。

我什至可以向 ELEmentUsage 添加一个 NONE 枚举值，以便自定义值可以用于任何含义……但它们只能在 OpenGL 中工作，因为 DirectX 要求您标记每个顶点……除非有我想要的东西丢失的。

我的问题:

有没有更好的方法来解决这个问题(除了使用属性之外)？
有没有办法避免在 DirectX 中使用 VertexDeclarations？
关于“我的”问题，您有什么不明白的地方吗？

编辑:

使用属性的一个问题是从每个顶点获取元素数据。假设我想获取网格缓冲区中每个顶点的位置。因为我使用了属性，所以我不能只做 'vertex.Position'，我必须创建一个实用方法来从顶点结构中提取字段引用，例如 'Utility.GetElement(vertex, ElementUsage.POSITION)' .此方法需要使用反射首先找到属性，然后返回对字段值的引用。设置值甚至(我认为)不可能？

另一种方法是创建一个 IElement 接口(interface)并实现每个元素(Positon、Normal 等)。接口(interface)可以有 Name 属性，我可以直接在继承的元素结构中返回它，就像 PositionElements 的 Name 属性只会返回“Positon”。

接下来，我可以将 IElement 数组保存在一个包含 AddElement(IElement)、GetElement(string name)、GetElement(int index)、Insert、Replace 等方法的 Vertex 结构中。我将实现 DirectX 已知的所有元素，以便渲染器插件可以解析一个顶点结构来创建一个顶点声明数组。

问题是我不确定数组 '[]' 是否可以用作顶点元素数据。比如，数组包含哪些其他字节(如果有)会阻碍我将 Vertex 结构(包含 IElement 数组)直接传递给 DirectX，然后传递给 GPU？

以这种方式实现它对于我需要的东西来说绝对是完美的。另一个问题是 IElement(元素)的继承类型可以是一个类，还是元素值必须是值类型？

Answer 1

我已经很长时间没有做过任何 directx 或 opengl，所以请采纳我的建议，但我记得不久前做了这样的事情。

我想我做了这样的事情:

var graphicsStream = new GraphicsStream();

var elements = graphicsStream.Create<Vector3>(Usage.Position);
graphicsStream.Create<Color>(Usage.Color);
graphicsStream.Create<Quaternion>(Usage.Fribble);

elements.SetData(new[] { new Vector3(), new Vector3() });

var vertexFormat = graphicsStream.GetFormat();
graphicsStream.Validate();  // ensure all the streams have the same length

// get a particular element by type
var p = graphicsStream.GetData(Usage.Position, 1);

您将拥有一个图形流，它是一组应用了用法的类型化数据集。由此您可以生成适当的顶点格式。该 API 可让您一次性更改单个元素或上传和替换整个顶点缓冲区。

最大的缺点是您没有一个结构来表示顶点结构中的“列”。

我不知道这是不是你要找的那种东西。为什么这样的设计不合适？