OpenGL：球体减慢帧速率

Posted 2023-02-16

【中文标题】OpenGL：球体减慢帧速率

【英文标题】：OpenGL: Sphere slowing down framerate

【发布时间】：2020-09-11 18:32:31

【问题描述】：

我有一个类可以根据传入的堆栈数、扇区数和半径制作一个球体。问题是，每当我绘制球体时，我的帧速率都会从 57-60 fps 下降到 20 fps。

这就是我绘制球体的方式：

    def draw_edges(self):
        """Draws the sphere's edges"""
        glPushMatrix()
        glTranslate(self.position[0], self.position[1], self.position[2])
        glRotate(self.rotation[3],self.rotation[0],self.rotation[1],self.rotation[2])
        glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)
        glBegin(GL_TRIANGLES)
        for edge in self.edges:
            for vertex in edge:
                glVertex3fv(self.vertices[vertex])
        glEnd()
        glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL)
        glPopMatrix()

有谁知道我怎样才能加快速度？

【问题讨论】：

for 循环在 Python 中可能非常慢。也许有一种方法可以替换两个 for 循环。

请注意，您使用的是已弃用的固定功能管道。尽管您的系统显然支持它，但它可能远非最佳。您应该考虑转向基于可编程着色器的替代方案。

或者至少是显示列表或 VBO。

【参考方案1】：

尝试摆脱嵌套循环。有关使用 Vertex Buffer Object 和 Vertex Array Object 绘制网格的现代方法，请参阅 Vertex Specification。

---

另一种（已弃用）的可能性是使用固定的函数属性。

OpenGL 4.6 API Compatibility Profile Specification; 10.3.3 Specifying Arrays for Fixed-Function Attributes; page 402

命令

void VertexPointer( int size, enum type, sizei stride, const void *pointer );
void NormalPointer( enum type, sizei stride, const void *pointer );
void ColorPointer( int size, enum type, sizei stride, const void *pointer );
[...]

指定数组的位置和组织以存储顶点坐标、法线、颜色、[...]通过调用其中一个来启用或禁用单个数组

void EnableClientState( enum array );
void DisableClientState( enum array );

将数组设置为VERTEX_ARRAY、NORMAL_ARRAY、COLOR_ARRAY、[...]，分别用于顶点、法线、颜色、[...] 数组。

---

在类的构造函数中用顶点属性数据创建一个列表：

def __init__(self):
    # [...]
   
    self.vertexArray = []
    for edge in self.edges:
        for vertex in edge:
            self.vertexArray.append(self.vertices[vertex])

使用数组指定顶点并绘制网格：

def draw_edges(self):
    """Draws the sphere's edges"""
    glPushMatrix()
    glTranslate(self.position[0], self.position[1], self.position[2])
    glRotate(self.rotation[3],self.rotation[0],self.rotation[1],self.rotation[2])
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)
    
    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY)
    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, self.vertexArray)
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, len(self.vertexArray))
    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY)
    
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL)
    glPopMatrix()

这是采用 VBO 和 VAO 的现代解决方案的第一步（小）。

---

使用Vertex Buffer Object可以进一步提高性能：

def __init__(self):
    # [...]

    self.vertexArray = []
    for edge in self.edges:
        for vertex in edge:
            self.vertexArray += self.verticies[vertex] # <--- flat list

    array = (GLfloat * len(self.vertexArray))(*self.vertexArray)
    self.vbo = glGenBuffers(1)        
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, self.vbo)
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, array, GL_STATIC_DRAW)
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0)

def draw_edges(self):
    # [...]

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, self.vbo)
    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, None)
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0)
    
    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY)
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, len(self.vertexArray) // 3)
    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY)

    # [...]

【讨论】：

谢谢！这种方法使我的帧速率翻了一番，达到 40 fps 多一点。

@User-92 谢谢。别客气。通过使用 VBO 可以实现进一步的改进。我会扩展答案。请稍等一下……

@User-92 我已经扩展了答案。

哇，太疯狂了！我现在有超过 70 fps。我不知道 VBO 可以这么快地提高性能。非常感谢！

@User-92 诀窍是在构造函数中将顶点数组上传到 GPU 一次。绘制对象时，只需引用数组即可。 self.vbo 只是一个名称 ID。