The Design of Model (part 2)

The Design of Model (part 2)

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    继续上次的讨论，所有渲染器支持的对象都必须支持接口Draw，那么Draw应该实现哪些职责呢？由于已经把材质作为单独的对象来管理，所以Draw只需要完成2个任务：设置几何数据，绘图。下面是一个可能的Draw方法实现：

1. Draw()
2. {
3.     graphicsDevice.Vertices[0].SetSource(vb,0,vertexStride);
4.     graphicsDevice.Indices = ib;
5.     graphicsDevice.VertexDeclaration = vertexDecl;
6.     graphicsDevice.DrawIndexPrimitive();
7. }

    也许把Draw更名为SubmitGeometry()更合适。显然，通过这一层封装，渲染器不需要知道所绘制几何体的任何细节。你可以把顶点保存为带索引的顶点缓冲，也可以是简单的顶点数组。这些顶点可以是三角形，也可以是线段，或者点。此外，还应该明确drawable object就是一个最小绘图单元。假设我们使用带索引的顶点缓冲(这也是最常见的方法)来保存几何体数据，那么一个可能的drawable object也许是这样：

1. class DrawableMesh:IDrawableGeometry
2. {
3.     GraphicsDevice graphics;
4.     VertexBuffer vb;
5.     IndexBuffer ib;
6.     VertexDeclaration vertexDecl;
7.     
8.     PrimitiveType primitiveType;
9.     int baseVertex;
10.     int numVertex;
11.     int primitiveCount;
12.     int minVertexIndex;
13.     int startIndex;
14.     int streamOffset;
15.     int vertexStride;
16.     int startVertex;
17.     //other properties….
18. 
    
20.     public void SubmitGeometry(){}
21.     //other method….
22. }

    上面的代码非常直观，DrawableMesh只是包含了绘图所需要的所有基本元素而已。确定了类的大概外观，接下来讨论实现细节。这里的DrawableMesh相当于我们上次讨论的mesh part，一个最小绘图单元。复杂模型通常由一个或者多个mesh part组成。但是为每个mesh part都保存独立的vertex buffer或者index buffer却并不是最高效的做法。每创建一块buffer，DirectX就必须花费一定资源对它进行管理， 因此，大量琐碎的buffer会对性能有所影响。常见的方法是把众多buffer打包为一个大buffer，然后通过索引获得不同mesh part的实际数据。打包的方法和策略是多种多样的，可以选择把某个模型中的几个部分打包为一个buffer，或者把整个模型，甚至几个模型的数据都打包为一个buffer(当然，使用顶点数组保存几何体则不必考虑这个步骤)。为了方便讨论，这里只考虑打包整个模型数据的情况:

1. class GeometryData
2. {
3.     GraphicsDevice graphics;
4.     VertexBuffer vb;
5.     IndexBuffer ib;
6.     VertexDeclaration vertexDecl;
7.     int startVertex;
8. }
9. 
   
11. class DrawableMesh:IDrawableGeometry
12. {
13.     GeometryData geometryData;
14.     PrimitiveType primitiveType;
15.     int baseVertex;
16.     int numVertex;
17.     int primitiveCount;
18.     int minVertexIndex;
19.     int startIndex;
20.     int streamOffset;
21.     int vertexStride;
22.     //other properties….
24.     public void SubmitGeometry(){}
25.     //other method….
26. }

     一个模型也许包含了若干mesh part，但每个mesh part的实际几何数据都保存在同一个对象中。   

     那么LOD呢？在讨论如何实现LOD前，先来看看相关的LOD技术。我把LOD分为三类，1，顶点改变，索引不变；2. 顶点不变，索引改变；3，顶点和索引都改变。第一种听起来有些奇怪，索引不变，那么绘制的图元数量肯定也不会变，如何能达到LOD的目的呢？其实通过改变顶点位置是可以实现LOD的。举个例子来说，假设有2个三角形，ABC和BCD，4个顶点互不重合，2个三角形共享BC边，但是面积上没有重叠部分（呃，懒得画图了），这是2个三角形正常情况下的拓扑结构。现在假设我移动A点或者D点，使其与B点或C点重合会怎样呢？显然，其中一个三角形会变为直线，图形学中，把这样的三角形的称为退化（degeneration）三角形或者0区域三角形。有趣的是对于这样的三角形，硬件在流水线早期阶段就会把它们裁剪去，因此，虽然图元数量没有改变，仍然达到了LOD的目的。第二种LOD类型是处理地形时最常见的方法，通过改变索引，减少三角形数量。第三种也非常容易理解，相当于创建一个全新的模型。

    对于LOD数据的计算，又分为两类：预处理或者运行时生成。对预处理来说，可以使用手工建模的方式，也可以通过程序；实时LOD自然只能通过程序计算，比如DX里的progress mesh。我比较倾向于手工预处理的方式，原因有2点：1. 程序LOD通常是很费时的工作，我不愿把CPU资源浪费在LOD计算上，现代计算机已经有足够大的硬盘和内存，可以保存预处理数据；2. 所有程序LOD的结果都不理想，程序无法分析某个面的重要性，常常把关键的面缩减了，而该缩的地方又处理不好。当然，手工预处理会极大的增加模型师的工作量，要模型师为每个模型都建立几个不同的LOD副本显然是不现实的，因此，顶点改变，索引不变的LOD方式就变的非常就用了，毕竟与新建模型相比，简单的移动顶点要快的多。对于储存空间来说，仅仅改变索引的方式是最优的，可以共享同一个vertex buffer，可惜这样的数据不太容易生成，大多数建模软件都不允许直接修改索引，当然，你总是可以自己写工具来实现:) 。如何需要支持连续的LOD（CLOD）怎么办呢？显然，预处理的方式无法获得几何上的CLOD，但是通过一些特别的渲染方法，同样能让不连续的LOD对象在变化时，达到视觉上的连续性，比如alpah blend或者geo-morphing.

    如何把LOD集成到我们已有的类中呢？先来看你会如何使用一个支持LOD的模型，下面是2中最有可能的情况：

1. DrawableMesh.SubmitGeometry(int lod);
2. 或者
3. DrawableMesh.SetLod(int lod)
4. DrawableMesh.SubmitGeometry();

    如果使用前者，就意味着要修改接口，而且并不是场景中所有模型都支持LOD，所以我选择了后者，让支持LOD的mesh派生于DrawableMesh：

1. class DrawableLodMesh:DrawableMesh
2. {
3.     public int Lod{get;set;}
4. }

    为了保存额外数据，DrawableMesh也需要做相应修改，可以选择把不同的LOD都打包为一块buffer，也可以分开，比如:

1. public class MeshPartInfo
2. {
3.     int baseVertex;
4.     int numVertex;
5.     int primitiveCount;
6.     int minVertexIndex;
7.     int startIndex;
8.     int streamOffset;
9.     int vertexStride;
10. }
12. class DrawableMesh:IDrawableGeometry
13. {
14.     GeometryData[] geometryData;
15.     PrimitiveType primitiveType;
16.     MeshPartInfo[] meshPartInfos;
17.     //other properties….
19.     public void SubmitGeometry(){}
20.     //other method….
21. }

    可以用相同的方法来处理morph，模型可以既支持lod，也支持morph，Renderer不需要知道这些细节，只需要为不同类型编写相应的SubmitGeometry()方法就可以了。

    至今为止，这样的设计看起来还不错，可是，如果要渲染两个相同模型的不同实体时怎么办呢，两个实体的位置和LOD都可能不相同，如何区分呢？
(to be continue..............)