[計算機圖形學06]OpenGL和DirectX

什麼是OpenGL/DirectX

只要接觸過圖像編程就必定據說過OpenGL和DirectX，也知道這二者之間存在着競爭關係。這二者實際上就是圖像應用編程接口，這些接口用於渲染二維或三維圖形。能夠說，這些接口架起來了上層應用程序和底層GPU的溝通橋樑。一個應用向這些接口發送渲染命令，而這些接口會依次向顯卡驅動發送渲染命令，這些顯卡驅動是真正知道如何與GPU通訊的，正式它們把OpenGL或者是DirectX的函數調用翻譯成了GPU可以識別的指令。另外，一塊顯卡除了有圖像處理單元GPU以外，還擁有本身的內存，這個內存一般被稱爲顯存。GPU能夠在顯存中存儲任何數據，可是對於渲染而言有一些數據類型是必須的，因此通常顯存中都包含圖像緩存，深度緩存，紋理緩存，頂點緩存。
由於顯卡驅動的存在，幾乎全部的GPU均可以和OpenGL打交道，也能夠和DirectX一塊兒合做。從顯卡的角度出發，實際上它只須要和顯卡驅動打交道就能夠了。而顯卡驅動就好像一箇中介，負責和兩方溝通。所以，一個顯卡製造商爲了讓他們的顯卡能夠同時和OpenGL和DirectX合做，就必須提供支持這兩個接口的顯卡驅動。

什麼是HLSL，GLSL，CG

在可編程渲染管線出現以前，爲了編寫着色器代碼，開發者們學習彙編語言。爲了給開發者們方便，就出現了更高級的着色器語言(Shading Language)，常見的着色器語言有DiretX的HLSL(High Level Shading Language)，OpenGLGLSL(OpenGL Shading Language)以及NVIDIA的CG(C for Graphic)。HLSL，GLSL，CG都是「高級」語言，可是這個高級其實是相對彙編語言來講的。這些語言會被編譯成爲與機器無關的彙編語言，也被成爲中間語言(Intermediate Language)。這些中間語言會被顯卡驅動來翻譯成爲真正的機器語言，即GPU能夠理解的語言。

什麼是 Draw Call

Draw Call自己的含義很簡單，就是調用圖像編程接口，如OpenGL中glDrawElements命令或者DirectX中的DrawIndexedPrimitive命令，來命令GPU進行渲染的操做。一個很常見的誤區是，Draw Call中形成性能問題的元兇是GPU，認爲GPU上的狀態切換是耗時的，其實不是的，真正「拖後腿」實際上是CPU。

CPU和GPU是怎樣實現並行工做的？

若是沒有流水線化，那麼CPU須要等到GPU完成上一個渲染任務才能再次發送渲染指令，這種方法顯然會形成效率地下。解決的辦法也很簡單，就是使用一個命令緩衝區(Command Buffer)。命令緩衝區包含了一個隊列，由CPU添加命令，而由GPU從中讀取命令，值得注意的是，添加和讀取的過程是相互獨立的。命令緩衝區的存在是的CPU和GPU能夠相互獨立。當CPU須要渲染一些對象時，它能夠向緩衝區中添加命令，而當GPU完成了上一次渲染任務後，它從命令隊列中再取出一個命令而且執行它。
命令緩衝區中的命令有不少種類，而Draw Call是其中一種，其它命令還有改變渲染狀態等等。

爲何Draw Call多了會影響幀率？

咱們先來作一個實驗：請建立10000個小文件，每一個文件的大小爲1KB，而後把他們呢從一個文件夾複製到另外一個文件夾中。你會發現，儘管這些文件的空間總和不超過10MB，但仍是要話費很長的時間。而後你再建立一個10MB的文件，把這個文件從一個文件夾複製到另外一個文件夾中，此次複製操做所消耗的時間卻少不少！會發生這樣的現象的緣由在於，每個複製動做須要有不少額外的操做，好比分配內存，建立各類個樣的元數據，這些操做將形成不少額外的性能開銷。
渲染的過程雖然和複製一大堆文件不同，可是從感性的認知來講這兩點是有相同點的。在每一次調用Draw Call前，CPU要向GPU發送不少內容，包括數據，狀態和命令等。GPU的渲染能力是很強的，渲染200個仍是2000個三角形網絡一般沒有什麼區別，所以渲染速度每每會快於CPU提交命令的速度。若是Draw Call的數量太多，CPU就會把時間大量浪費在提交Draw Call上，形成CPU的過載。

如何減小Draw Call？

一個顯然的優化想法就是把不少小的Draw Call合併成爲一個大的Draw CAll這就是批處理的思想。值得注意的是，因爲咱們須要在CPU的內存中合併網格，而合併的過程是須要消耗時間的。所以，批處理技術更加適合那些處於靜態的物體，例如不會移動的大地，石頭等，對於這些物體咱們只須要合併。

Shader到底是什麼？

1. GPU流水線上一些可高度編程的階段，而由着色器編譯出來的最終代碼是會在GPU上運行的。
2. 有一些特定類型的着色請，如頂點着色器，片元着色器等。
3. 依靠着色器咱們能夠控制流水線中的渲染細節，例如頂點着色器來進行頂點變換以及傳遞數據，用片元着色器來進行逐像素的渲染。