python - 使用opengl4，可以将`uniform`变量映射到我的用户空间内存吗？

Question

（到目前为止，我在https://gamedev.stackexchange.com/questions/133399/can-i-map-uniform-variables中问了同样的问题，但没有答案）。

我实际上只是从GLSL开始，我使用的是python，但实际上我无法运行330（Debian上的Intel hd3000），所以我使用的是130，到目前为止还可以。

我首先开始使用in，但对uniform变量一无所知，我使用了一段代码，该代码允许我将in变量映射到用户空间内存中，然后使用ctypes将其映射到numpy数组。

在我的循环中，我致电：

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3)

之后，我将与顶点关联的变量映射回我的用户空间：

def map_buffer(size):
    func = ctypes.pythonapi.PyBuffer_FromReadWriteMemory
    func.restype = ctypes.py_object
    p = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_READ_WRITE)
    buffer = func(ctypes.c_void_p(p), size)
    array = np.frombuffer(buffer, dtype='float32')
    return array

这段代码基本上只使用 glMapBuffer返回的指针，并创建一个从该位置开始的缓冲区数组。

我可以使用 numpy毫无问题地操作该数组，然后取消映射，以便下一个循环可以看到更改，到目前为止，只有旋转三角形的顶点。

现在，我的一系列问题很简单：


看来我应该使用 uniform，不是吗？
如果是这样，我看不到如何映射 uniform变量，而我真的很喜欢使用 numpy进行操作，如何将统一内存映射到我的用户空间？
使用 in而不是 uniform是否会有性能损失？ （除了在python上进行映射的自然开销外，由于我认为在此过程中未分配内存，因此足够了）。


从着色器的角度来看，据我所知统一是恒定的或不变的，因此只能修改外部着色器。到目前为止，这就是我使用 in变量的方式。因此，与 uniform相比，首选 in似乎很自然，但是与 in相比，我更喜欢 uniform的API，除非存在性能问题，我将继续使用 in。

再见

Answer 1

我将分别解决您问题的不同部分。

“映射制服”

您可以将GL缓冲区对象用作统一值的后端存储。这个概念称为Uniform Buffer Object (UBO)，自Ope​​nGL 3.1起可用。

关键思想是可以在GLSL着色器代码中的interface blocks中使用统一变量，如下所示

layout(std140) uniform some_block_name {
    vec4 foo;
    float bar;
    mat4 baz;
}

请注意，单个着色器中可以具有不同的统一块，并且每个块都可以从不同的缓冲区对象（您必须在CPU端绑定）中获取数据。

如果您未指定任何 layout，则GL会根据需要将数据布置在缓冲区中，并且您基本上必须查询每个变量的字节偏移量（就像您必须查询普通变量的位置一样）制服）。但是，像我在示例中一样使用 std(140)布局将使用一些标准化的对齐规则，因此您可以直接计算每个成员的偏移量，而不必查询它，并且它的优点是不会依赖于GL实施。确切的对齐规则可以在OpenGL规范中找到，我也确实复制了它们 in this answer here on SO。

统一与顶点属性


  从着色器的角度来看，据我所知统一是恒定的或不变的，因此只能修改外部着色器。到目前为止，这就是我使用 in变量的方式。因此，与 uniform相比，更倾向于使用 in。


您应该不以某种抽象的流水线阶段来考虑这一点，而应以单个着色器调用为中心。
顶点着色器的 in put是所谓的顶点属性。这些是每个顶点确实（或至少可能）变化的值。另一方面，制服在整个绘制调用过程中保持不变-这意味着顶点属性是每次调用都不同的数据，而制服在它们之间共享。

因此，这意味着要使用所有的顶点数据到顶点属性中。然后，您将计算所需的一些额外参数（但不依赖于确切的顶点）放入统一中。


  我可以使用numpy毫无问题地操作该数组，然后取消映射它，以便下一个循环可以看到更改，到目前为止，只有旋转三角形的顶点。


目前尚不清楚您最终想要实现什么，但是您在这里所做的并不是应该如何使用渲染管道。

这个想法是您的模型是恒定的，只有变换会改变。因此，您只需将其上载到缓冲区中，然后在每次绘制时让GPU重新转换。通常，我们为此使用4x4矩阵和线性代数，因此我们只需为绘图调用更新一些统一的矩阵，而无需重新指定几何形状（除非我们实际上要对其进行变形-在CPU上，我们通常不这样做）不想）。

但是，随着可编程GPU灵活性的提高，制服和顶点属性之间的界限开始变得模糊。从概念上讲，您现在可以执行类似

uniform vec3 vertexPosition[someBigNumber];
// ...
vec3 pos = vertexPosition[gl_VertexID]
gl_Position = some_matrix * vec4(pos, 1.0);

这样，您可以解决一些顶点属性的限制（即，有16个属性插槽，每个插槽最多一个vec4），但是取决于GPU，您可能会或可能不会以性能损失的形式付出一些代价，这是由于间接的另一层。某些GPU确实具有特殊的硬件单元，这些硬件单元优化了顶点属性的提取（允许它更好地计划顶点着色器调用）。还应注意，统一存储器本身通常仅限于2kB，UBO限于64k。但是，您可以将其他缓冲区对象类型用于此类用法（例如 texture buffer objects或 shader storage buffer objects）。

您的实际问题


  
  看来我应该使用制服，不是吗？
  


好吧，目前尚不清楚您到底要实现什么目标，因此我无法给出明确的答案。在正常情况下，顶点的位置被视为顶点属性，因此您不应为此使用制服。


  
  如果是这样，我看不到如何映射统一变量，并且我真的很喜欢使用numpy进行操作，如何将统一内存映射到我的用户空间？
  


您可以使用UBO。


  
  使用in而不是统一是否会有性能损失？ （除了在python上进行映射的自然开销外，由于我认为在此过程中未分配内存，因此足够了）。
  


这在很大程度上取决于。关于您的实际用例和数据访问模式。在GPU上。在您的实际工作量上-即顶点着色器可能不是瓶颈（在每个draw调用仅绘制一个三角形的情况下当然不是这样），因此即使VS在概念上存在一些性能差异，也可能对实际渲染性能的影响为零。

我仍然要说，至少在正常使用情况下，对每个顶点数据使用顶点属性至少应与使用制服一样快或更快。