Qt新渲染底層Scene Graph研究（一），scenegraph

Qt新渲染底層Scene Graph研究（一），scenegraph

Qt新渲染底層Scene Graph研究（一）

       Qt 5提出了一個新的渲染底層，以替代Qt4時期的Graphics View，這個渲染底層就是Scene Graph。其實這個底層的作用和Open Scene Graph是差不多的，但是由於是不同的團隊進行開發的，所以兩者沒有必然的聯絡。Scene Graph主要利用OpenGL ( ES )2的渲染優勢，在2D和3D以非常流暢的速度進行渲染，滿足日益增長的介面效果需求，同時Scene Graph預留了各種各樣的介面，滿足大家定義顯示和渲染效果的需要。

蔣彩陽原創文章，首發地址：http://blog.csdn.net/gamesdev/article/details/43063219。歡迎同行前來探討。

       如果大家使用過Qt 5的Qt Quick模組，你會感覺QtQuick的畫面渲染速度和效率比Qt 4的GraphicsView來說好很多。當然Qt Graphics View在指定OpenGL渲染context為OpenGL時，差距可能小一些，但也較為明顯。這一塊兒，主要在渲染部分精簡了渲染堆棧，並且充分利用顯卡加速，將渲染負擔轉移到GPU來進行，實現了負載平衡。由於Scene Graph是直接構建在OpenGL之上的，因此Scene Graph對於OpenGL開發人員來說要熟悉一些，而從來沒有接觸過OpenGL開發的開發人員就有些為難了，幸好Qt在其之上有QQuickPaintedItem等方便的類，它可以像QPainter那樣對其進行渲染操作。當然源碼對於這一部分的操作是極其複雜的，需要考慮很多情況，幸運的是這一部分運行起來很快，不會佔用很長的渲染時間。而且對於庫的使用者來說，相當輕鬆。

       使用Qt的Scene Graph來開發應用，為了提升效能，要點是批量渲染。這是由OpenGL的特性決定的，因為通過OpenGL，將以往CPU串列的部分並行化，從而大大提升渲染效率，再加上OpenGL本質上是一個巨大的狀態機器，在進行批量渲染的時候，可以有效地減少OpenGL狀態切換所帶來的效能開銷，同時OpenGL預留的一些狀態，需要開發人員有基本的認知，由於OpenGL是一個開放的標準，因此考慮到相容性，其採用了C/S架構。C端即CPU部分，S端對應GPU。在頂點和紋理資料從C端傳入S端之前，會在C端形成一個緩衝區（一說緩衝），我們常說的VBO、FBO和PBO就是這一類緩衝區。正確地設定緩衝區的數量和大小，可以為應用程式的效能提升帶來很大的協助。

       Qt的Scene Graph在Qt 5.1到Qt5.2時有一個質的飛躍，因為其內部採用了新的Scene Graph渲染器。在Qt中，渲染器是可以替換的，所以說Qt 5.1之前採用的渲染器和Qt 5.2採用的渲染器是很不一樣的。Qt官方當時做了一個效能測試，測試表明，OpenGL的API調用次數得到了顯著的降低。其中採用了很多先進的思想比如說紋理圖集（TextureAtlas）。一句話，Scene Graph總體的目標就是批量、批量再批量。

       最後，介紹一下如何使用環境變數來進行對Qt的Scene Graph進行可視化檢測。Qt的Scene Graph通過QSG_VISUALIZE來檢測其渲染。

1、 測試批量渲染

通過指定QSG_VISUALIZE=batches來檢查批量渲染情況，相同顏色標明其作了批量渲染。情境的顏色數越少，批量渲染就越好，渲染的效率就越高。

2、 測試裁剪情況

通過指定QSG_VISUALIZE=clip來檢查裁剪情況。因為Item有一個clip的選項，如果開啟的話，那麼會通過較鮮豔的紅色斜線顯示出來。圖中左上方的映像表示設定了Item::clip = true。

3、 測試全景繪製效果

這是一個非常直觀且非常炫的效果。通過指定QSG_VISUALIZE=overdraw來檢查在三維視圖中各個圖元的顯示情況。所顯示的圖元都集中在x∈[0，Screen.width]，y∈[0，Screen.height]，z∈[0，1]的立方體中。如果發現自己建立的Item沒有在視口中顯示，看看在這種情況是不是跑到視口外面去了呢。

        所用的程式均來自我製作的全平台獨立遊戲《十日驅鬼記》。下載連結參見：這裡