Ogre学习笔记（6）：BspSceneManager

【1. 概览】

       Ogre支持Quake3的bsp格式。相关的代码在“Plugin_BSPSceneManager”工程中。主要的类有以下几个：

 

Class BspSceneNode：

       BspSceneNode是SceneNode的派生类，是专门提供给BSPSceneManager使用的。主要是提供针对于BSP tree的可见性判断。这个类并不是BSP tree的node，BSP tree中的node使用BspNode。BspSceneNode会放入BSP tree的leaf节点中。由于SceneNode使用包裹盒的方法，不可分割，所以一个BspSceneNode可能放入多个Bsp tree的leaf节点中。

       从类的定义看，BspSceneNode并没有额外的保存什么数据。重写的几个虚函数主要是用来通知BspSceneMapager，BspSceneNode::_update()会调用BspSceneManager::_notifyObjectMoved()，detach objcect会调用BspSceneManager::_notifyObjectDetached()。

 

Class BspSceneManager：

       粗略的看BspSceneManager与OctreeSceneManager类似。首先保存了一个BspLevel的指针，然后使用一个walkTree()函数，用来遍历tree结构。由于Quake使用BSP leaf tree，所以多了一个processVisibleLeaf()函数。另外一个明显的不同是有一个renderStaticGeometry()函数，“Renders the static level geometry tagged in walkTree”。此函数渲染“mMatFaceGroupMap”中的所有数据。BSP一个好处是不透明面可以front-back的顺序来渲染，而透明面back-front来渲染，OGRE是如何将此特性保存到MaterialFaceGroupMap的呢？

 

Class BspLevel：

       这是一个核心的class。他存储了BSP的所有数据，关键的数据有：

1.         “BspNode* mRootNode;”――BSP tree的根节点

2.         “VertexData* mVertexData;”――整个level的所有顶点；

3.         “StaticFaceGroup* mFaceGroups;”――faces

4.         “BspNode::Brush *mBrushes;”――用来做碰撞检测的Brush，是QuakeBSP除了渲染以外的另外一个精华！Brush的名字有点怪，其实就是一个convex volume，可以减少CD的运算量。

5.         “VisData mVisData;”――PVS数据，是又一个Quake中的精华！当初Carmark在设计Quake的时候还使用软件渲染，hiden surface removal和减少over draw是最另他头痛的问题。BSP的思想应该是他从网上看来的，不过PVS应该是他所创。PVS大大减少了over draw。(见《Michael Abrash's Graphics Programming Black Book》)

6.         “PatchMap mPatches;”――Quake3支持贝赛尔曲面

关键的函数：

1．  bool isLeafVisible(const BspNode* from, const BspNode* to) const;使用PVS来检测可见性。

2．  void _notifyObjectMoved(const MovableObject* mov, const Vector3& pos);
void _notifyObjectDetached(const MovableObject* mov);
à void tagNodesWithMovable(BspNode* node, const MovableObject* mov, const Vector3& pos);
把MovableObject（注意：不是SceneNode）挂到BSP的leaves上。

 

Class BspNode：

       这是Bsp中的另外一个重要的类了。Node和Leaf都使用这个类。

       重要数据：

1．  Plane mSplitPlane;     BspNode* mFront;     BspNode* mBack;
分割平面和前后节点；

2．  int mVisCluster;
每个cluster占pvs的一个bit，这是为了减少pvs占用的内存。

3．  int mNumFaceGroups;    int mFaceGroupStart;
用来找到BspLevel中哪些face group是属于我这个leaf的，这样做也是为了优化存储；

4．  IntersectingObjectSet mMovables;
和本节点相交的movable对象

5．  NodeBrushList mSolidBrushes;
本节点包含的brush。

另外剩下的OgreQuake3Level.h、OgreQuake3Shader.h、OgreQuake3ShaderManager.h、OgreQuake3Type.h主要是为了把Quake3格式的bsp，shader信息读入，并转换成Ogre本地的bsp定义以及Material。现在quake3的源码已经公开（非常感谢id software以及carmark），可以结合quake3的源码来看。

 

【2. Quake3 bsp的加载】

       以Demo_BSP为例，首先需要修改“quake3settings.cfg”，两个参数，“Pak0Location”是pk包的路径（是一个zip文件），“Map”为想要加载的地图。

       OGRE使用BspLevel来存储Bsp场景信息，这个类是与文件格式无关的。所以需要另外一个类来把Quake3的bsp文件读入。

       Quake3Level的读盘的主要由两个函数完成：

1、“void Quake3Level::loadHeaderFromStream()”。调用的流程是：

BspApplication::loadResources()

à ResourceGroupManager::loadResourceGroup()【A】

à BspSceneManager::estimateWorldGeometry()

à BspLevel::calculateLoadingStages()

àQuake3Level::loadHeaderFromStream()

       Quake3 BSP的文件格式很简单明了，前面是一个文件头，后面是几个数据块。文件头主要存储了几个lump，包含数据块的起始位置和大小，通过lump，可以直接seek到对于的数据块。
       此函数在加载了文件头之后，调用了Quake3Level:: initialiseCounts ()函数，主要是计算了每个lump包含的对象的个数，例如face，vertex，bursh等等。

       2、第二个函数“void Quake3Level::loadFromStream()”。调用的过程是：

ResourceGroupManager::loadResourceGroup(）【A】

àBspSceneManager::setWorldGeometry(）

àBspResourceManager::load(）

àResourceManager::load(）

àResource::load()

àBspLevel::loadImpl()

àQuake3Level::loadFromStream(）

在这地方OGRE延续了他罗嗦的风格，BspSceneManager要通过BspResourceManager来加载场景，BspLevel实现为一种Resource，BspResourceManager通过标准的ResourceManager――》Resource来找到BspLevel，然后调用其加载函数。

 

此函数首先构造了一个“MemoryDataStream”对象，在MemoryDataStream的构造函数中把文件数据全部读入其缓冲中（Quake也是这样干的），然后调用“void Quake3Level::initialisePointers(void)”函数，得到所有lump索引的对象的指针。

 

Quake3Level把文件读入并明确了所有数据的指针之后，在void BspLevel::loadImpl()中调用“BspLevel::loadQuake3Level()”函数讲Quake3level中的数据拷贝到自己的数据对象中。主要执行了以下几个操作：

1.         “BspLevel::loadEntities()”，这个lump存的是一个字符串，用来描述一些游戏信息，Ogre的这个函数只读取了Player start信息（位置和角度）。

2.         “Quake3Level::extractLightmaps()”。Quake3 BSP的每个light map都是128×128大，此函数将Light map lump中的数据逐个调用“TextureManager::loadImage()”创建成Texture对象（class D3D9Texture for D3D9 RenderSystem）。

3.         创建VertexData:
[Create vertex declaration] OGRE BspLevel使用的顶点格式为：Position3，Normal3，Diffuse，uv0，uv1；
[Build initial patches] 调用BspLevel::initQuake3Patches()。此函数遍历Quake3Level中的所有faces，对于每个face type为“BSP_FACETYPE_PATCH”的face，创建一个PatchSurface对象，并调用PatchSurface:: defineSurface()函数进行，然后保存到BspLevel:: mPatches数组中。此函数还计算了BspLevel:: mPatchVertexCount和BspLevel:: mPatchIndexCount；
[硬件顶点缓冲] 调用HardwareBufferManager创建HardwareVertexBuffer对象；使用“BspLevel::quakeVertexToBspVertex()”函数把q3 bsp顶点格式转换为Ogre BSPLevel的顶点格式。然后绑定到BspLevel::mVertexData；

4.         创建Faces：创建BspLevel:: mLeafFaceGroups数组；创建BspLevel:: mFaceGroups数组，此数组的数据在后面一步中填充；创建indexbuffer，并将Quake3Level::mElements拷贝进来；

5.         Create materials for shaders：对于Quake3Level::mFaces每一个bsp_face_t，找到它索引的Quake3Shader，并创建Material，如果没有找到Quake3Shader的话则使用shader name去查找贴图文件；
在此循环中还进行了“Copy face data”的操作，填充BspLevel:: mFaceGroups中的数据；

6.         Nodes：创建BspLevel:: mRootNode数组，并将数据拷贝进来。

7.         Brushes：将数据拷贝到BspLevel:: mBrushes中；

8.         Leaves：设置每个leaf节点的数据，主要包括包裹盒，mFaceGroupStart，mNumFaceGroups，mVisCluster，mSolidBrushes。参见BspNode类；

9.         Vis data：将数据拷贝到BspLevel:: mVisData中。

Quake3 BSP的load流程基本上就是这些了。

【3. Bsp tree scene的渲染】

       仍然以Demo_BSP为例来分析。渲染的核心操作流程从SceneManager::_renderScene()开始（参见“Ogre学习笔记（3）：Mesh的渲染流程”），接下来还有SceneManager:: _updateSceneGraph()，SceneManager::prepareRenderQueue()，BspSceneManager没有重写这几个函数。不过，有一点需要注意，SceneManager:: _updateSceneGraph()调用了BspSceneNode::_update()与OctreeSceneManager类似的，如果有必要的话，会调用BspSceneManager:: _notifyObjectMoved()－－》BspLevel:: _notifyObjectMoved()，将SceneNode中的MovableObject attach到正确的leaf node中。
       接下来是BspSceneManager:: findVisibleObjects()，这是一个从SceneManager重写的函数。顺理成章的，这个函数调用了BspSceneManager::walkTree()。在这个函数中，首先找到了camera所在的leaf node（通过BspLevel::findleaf（）函数）；然后遍历BspLevel中的每个leaf node，先使用PVS检测可见性（通过BspLevel::isLeafVisible()函数），如果可见再使用camera――bounding box检测，如果还是可见的，则对此leaf node调用BspSceneManager::processVisibleLeaf()函数。此函数主要执行两个操作，一个是把World Geometry加入到渲染数据表中（mFaceGroupSet和mMatFaceGroupMap），另外一个是把与此leaf node相交的MoveableObject加到渲染队列中（mMovablesForRendering）。一件比较有疑问的事情是，walkTree是循环遍历所有leaf node，而没有按照BSP tree递归遍历，这大大削弱了BSP的提前排序的优势。

       然后是BspSceneManager重写了另外一个重要的函数_renderVisibleObjects()。此函数包含两个操作，一个是renderStaticGeometry()，另外一个是调用父类的SceneManager::_renderVisibleObjects()。前者循环遍历mMatFaceGroupMap，然后调用RenderSystem::_rendr()；后者已经在“Ogre学习笔记（3）：Mesh的渲染流程”中详细分析过了。