如何将 BVH 节点对象转换为简单数组？

Posted 2023-02-17

【中文标题】如何将 BVH 节点对象转换为简单数组？

【英文标题】：How to convert a BVH node object into a simple array?

【发布时间】：2020-05-05 11:58:44

【问题描述】：

我正在开发一个 Opengl 光线追踪器，它能够加载 obj 文件并对其进行光线追踪。我的应用程序使用 assimp 加载 obj 文件，然后使用着色器存储对象将所有三角形面（顶点和索引）发送到片段着色器。基本结构即将将结果从片段着色器渲染到四边形。

当我加载更大的 obj-s（超过 100 个三角形）时，计算机需要很长时间才能完成交点，因此我开始创建 BVH-tree 以加快处理速度。 我的 BVH 根据 AABB 中包含的三角形面的平均中值，递归地将空间分成两个轴对齐的边界框。

我成功构建了 BVH 树结构（在 CPU 上），现在我想将其转换为简单数组，然后将其发送到片段着色器（到着色器存储缓冲区）。

这是我的 BVH 类的结构。

class BvhNode 

public:
    BBox bBox;
    vector<BvhNode> children;
    bool isLeaf;
    int depthOfNode;

    vector<glm::vec3> primitiveCoordinates;

    BvhNode() 

    ~BvhNode() 

    BvhNode(vector<glm::vec3> &primitiveCoordinates) 
        this->primitiveCoordinates = primitiveCoordinates;
    

    void buildTree(vector<glm::vec3> &indicesPerFaces, int depth) ...

    glm::vec3 calculateCenterofTriangle(glm::vec3 vec, glm::vec3 vec1, glm::vec3 vec2) ...

    glm::vec3 getCoordinatefromIndices(float index) ...

    BBox getBBox(vector<glm::vec3> &indices) ...
;

但首先我想将它转换为一个简单的数组，因为 GLSL 不支持指针。我读过关于可以将二叉树转换为数组的信息（当然，如果树是完整的）。我正在拔头发。我如何遍历整个节点，包括子节点，当然还有如何用空节点完成它（以实现完整二叉树的定义）？我开始编写如下所示的方法，但是当我将nodes 变量声明为全局变量时出现分段错误。我不知道为什么。

vector<BvhNode> nodes; // it is a global variable

void putNodeIntoArray(BvhNode node) 

    nodes.push_back(node.children.at(0));
    nodes.push_back(node.children.at(1));

我想，当我创建树时，我需要以某种方式在左右子节点开始的每个节点上签名。

感谢任何帮助。

【问题讨论】：

“儿童”是否总是至少有 2 项？如果没有，您将收到超出范围的错误。检查向量大小或简单地使用 std::vector.insert

其实根节点肯定有两个孩子。如果我将“节点”变量作为局部变量，它工作正常。但是，如果我声明为全球性的，它就不再起作用了。我也试过std::vector。它也会给出段错误。

其实，如果我使用引用运算符：nodes.push_back(&node.children.at(0));一切都会好起来的。

【参考方案1】：

在数组中布置二叉树节点的一种方法是：对于树中的所有节点，如果给定节点的数组索引为i，则其子节点的索引为2i + 1 和2i + 2（更全面地描述here)。

假设您有一个complete tree，您可以使用简单的广度优先遍历将您的树写入一个数组：

在伪代码中：

int current_index = 0;
node[] array = new node[2^n];
q nodes;
q.add(root);
while (!q.empty) 
   node current_node = q.front()
   array[current_index] = current_node;
   if (current_node.left != null)
      q.add(current_node.left);
   if (current_node.right != null)
      q.add(current_node.right);
   current_index++;

如果您的树不完整（可能不完整，但这取决于您的 BVH 实现），您需要稍微修改它以正确跟踪每个节点应该进入的索引。它也会浪费空间，如上面链接中所述。

除了按广度优先顺序布置节点外，还可以按基于物理的渲染here 中所述的深度优先顺序（更有效地）布置节点。