OpenGL - 动画是由着色器完成的吗？

Posted 2023-02-22

【中文标题】OpenGL - 动画是由着色器完成的吗？

【英文标题】：OpenGL - Are animations done by shaders?

【发布时间】：2014-04-02 12:26:15

【问题描述】：

我开始学习 OpenGL，并学会了如何使用顶点和片段着色器来显示图形和东西。 我创造了一个（非常）程式化的人，现在我想让它移动他的胳膊和腿。 问题是：我应该直接在 main 中调用的计时器函数中更改 VBO 中的顶点数据（就像我所做的那样），还是应该在顶点着色器中完成一项工作，而不接触顶点数据？

我想答案是第一个，但我觉得它会使 CPU 过载，而不是让 GPU 工作。

【参考方案1】：

两种方法都可以正常工作：如果您的目标是更多地利用 GPU，然后在顶点着色器中进行转换，否则您可以使用 CPU。但是请记住，如果检查冲突，您需要 CPU 端存在数据....

本质上：

在 GPU 上进行操作意味着您只需要发送一次网格数据，然后您可以发送矩阵变换来对其进行变形或动画处理。 这是理想的，因为它大大降低了 CPU-> GPU 之间的数据传输带宽。 这也可能意味着您可以仅将网格的一份副本上传到 GPU，并对网格的许多不同实例应用变换以实现不同但相似的模型（即发送到 GPU 的熊网格以规模 *2 规模 *1 制作实例并为熊爸爸、熊妈妈和熊宝宝缩放 *0.5，然后发送一个 Goldilocks 网格，现在您在内存中有 2 个网格以获得 4 个不同的模型）。

但是，转换后的网格不会立即在 CPU 端可用，因此网格完美碰撞检测将更加密集。

在 CPU 上制作动画意味着您可以访问转换后的网格，但主要需要注意的是，您必须在每一帧和每个实例中将整个网格上传到 GPU：更多的工作、更多的数据和更多的内存在两个 CPU 上用完和 GPU 方面。

CPU 优势

当前的精确网格可随时用于您需要的任何目的。

CPU 缺点

CPU 和 GPU 之间的海量数据传输：每个实例每个模型每个帧一个传输

GPU 优势：

上传较少的网格数据（如果您只需要一个模型的变体，则一次） 以快速并行方式转换单个实例 CPU->GPU 带宽最小化：只需要发送转换 GPU 是并行化的，可以比 CPU 更高效地处理网格数据

GPU 的缺点

网格不适合网格完美的碰撞检测

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缓解将 GPU 数据传输回 CPU 的开销：

利用边界框（轴对齐或非轴对齐，根据您的喜好）：这允许小型数据集在 CPU 端表示模型（每个框 8 个点，而不是每个网格数百万个点）。如果边界框发生碰撞，则从 GPU -> CPU 传输网格并进行精细计算以获得精确的网格到网格碰撞检测。这以最少的开销实现了两全其美。

由于在处理网格时 GPU 的性能可能比 CPU 高出数十、数百甚至数千倍，因此很快就会明白为什么要将这一领域的高性能编码外包给 GPU。

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希望这会有所帮助:)

【讨论】：

belanecbn.sk/3dtutorials/index.php?id=20 有一个很好的关于如何执行着色器动画的演示，lcg.ufrj.br/Cursos/GPUProg/GLSLfirst 有另一组有用的链接，antongerdelan.net/opengl 有一些有用的链接，最后@987654324 有一个方便的练习列表@

该评论中的第一个链接将我转到一个被我的 ESET 防病毒软件阻止的站点，说它有木马，所以要小心。

他们发布时没有任何木马，但是我回家后会检查它们，如果需要，可能会将原始代码发布到其他地方:)

不用担心，我确实看到它是从 2014 年开始的，并且无法知道链接将来是否会变坏，所以只是想向遇到您答案的其他人指出/将来发表评论！

【参考方案2】：

根据平台和 OpenGL 版本，您可以通过直接更改顶点缓冲区中的数据（软件动画）或将顶点组与相应的动画矩阵（硬件动画）相关联来制作动画。

如果您选择第二种方法（在可能的情况下推荐），您可以将这些矩阵中的一个或多个作为统一发送到顶点着色器，可能为每个矩阵关联一些“权重”因子。

请记住，当您拥有大量顶点时，软件动画会使 CPU 过载，而硬件动画几乎是免费的，您只需将顶点与正确的矩阵相乘，而不是着色器中的模型-视图-投影一. GPU 还针对数学运算进行了高度优化，并且与 CPU 相比速度非常快。

【讨论】：

感谢您的回答，但我是这个“领域”的新手，所以我不太了解如何制作硬件动画。 “动画矩阵”是什么意思，这个“权重”因子是什么？

您可以从OpenGL网页查看本教程：opengl.org/wiki/Skeletal_Animation