322 lines
8.4 KiB
C++
322 lines
8.4 KiB
C++
#pragma once
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||
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#include <renderer/rhi/rhi.h>
|
||
#include <renderer/rhi/rhi_types.h>
|
||
#include <types/math/vec2.h>
|
||
#include <types/math/color.h>
|
||
#include <types/math/mat4.h>
|
||
#include <vector>
|
||
#include <memory>
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||
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||
namespace extra2d {
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||
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||
/**
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||
* @brief 实例数据
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||
*
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* 单个实例的属性数据，用于实例化渲染
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||
* 布局遵循 std140 对齐规则
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||
*
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||
* 优化说明：
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||
* - 旋转使用预计算的 cos/sin 值，避免在着色器中进行三角函数计算
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||
* - 属性布局优化，便于GPU访问
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||
*/
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struct InstanceData {
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// 第一组 16 字节 - 变换数据
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Vec2 position; // 位置偏移 (8 bytes)
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float rotationCos; // 旋转角度余弦值 (4 bytes) - 预计算避免着色器三角函数
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||
float rotationSin; // 旋转角度正弦值 (4 bytes) - 预计算避免着色器三角函数
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||
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||
// 第二组 16 字节 - 缩放和预留
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||
Vec2 scale; // 缩放 (8 bytes)
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||
float padding1[2]; // 填充到 16 字节对齐 (8 bytes)
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||
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||
// 第三组 16 字节 - 颜色
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||
Color color; // 颜色 (16 bytes) - r, g, b, a
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||
// 第四组 16 字节 - UV坐标
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float uvX; // UV 起始 X (4 bytes)
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float uvY; // UV 起始 Y (4 bytes)
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||
float uvWidth; // UV 宽度 (4 bytes)
|
||
float uvHeight; // UV 高度 (4 bytes)
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||
|
||
InstanceData()
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: position(0.0f, 0.0f)
|
||
, rotationCos(1.0f) // cos(0) = 1
|
||
, rotationSin(0.0f) // sin(0) = 0
|
||
, scale(1.0f, 1.0f)
|
||
, padding1{0.0f, 0.0f}
|
||
, color(Color::White)
|
||
, uvX(0.0f)
|
||
, uvY(0.0f)
|
||
, uvWidth(1.0f)
|
||
, uvHeight(1.0f) {}
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 设置旋转角度（自动计算cos/sin）
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||
* @param angle 旋转角度（弧度）
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*/
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void setRotation(float angle) {
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rotationCos = std::cos(angle);
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||
rotationSin = std::sin(angle);
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||
}
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||
|
||
/**
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||
* @brief 获取旋转角度（通过atan2计算，仅用于调试）
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||
* @return 旋转角度（弧度）
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||
*/
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float getRotation() const {
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return std::atan2(rotationSin, rotationCos);
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||
}
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||
};
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||
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||
static_assert(sizeof(InstanceData) == 64, "InstanceData size should be 64 bytes for std140 alignment");
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||
|
||
/**
|
||
* @brief 脏区域标记
|
||
*
|
||
* 标记需要更新的实例数据区域，支持部分更新GPU缓冲区
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||
*/
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struct DirtyRange {
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||
uint32_t start; // 起始实例索引
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||
uint32_t count; // 实例数量
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||
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||
DirtyRange(uint32_t s = 0, uint32_t c = 0) : start(s), count(c) {}
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||
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||
bool isValid() const { return count > 0; }
|
||
uint32_t end() const { return start + count; }
|
||
|
||
// 检查是否与另一个区域重叠或相邻
|
||
bool canMerge(const DirtyRange& other) const {
|
||
return (start <= other.end() && other.start <= end()) ||
|
||
(end() + 1 >= other.start && other.end() + 1 >= start);
|
||
}
|
||
|
||
// 合并两个区域
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||
void merge(const DirtyRange& other) {
|
||
uint32_t newStart = std::min(start, other.start);
|
||
uint32_t newEnd = std::max(end(), other.end());
|
||
start = newStart;
|
||
count = newEnd - newStart;
|
||
}
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 实例缓冲区
|
||
*
|
||
* 管理实例化渲染的实例数据缓冲区
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||
* 支持动态更新和双缓冲
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||
*
|
||
* 优化特性：
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||
* - 脏标记系统：只更新变化的实例数据，减少PCIe带宽占用
|
||
* - 批量更新：合并相邻的脏区域，减少GPU上传次数
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||
*/
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||
class InstanceBuffer {
|
||
public:
|
||
/**
|
||
* @brief 默认构造函数
|
||
*/
|
||
InstanceBuffer();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 析构函数
|
||
*/
|
||
~InstanceBuffer();
|
||
|
||
// 禁止拷贝
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||
InstanceBuffer(const InstanceBuffer&) = delete;
|
||
InstanceBuffer& operator=(const InstanceBuffer&) = delete;
|
||
|
||
// 允许移动
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||
InstanceBuffer(InstanceBuffer&& other) noexcept;
|
||
InstanceBuffer& operator=(InstanceBuffer&& other) noexcept;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 初始化实例缓冲区
|
||
* @param maxInstances 最大实例数量
|
||
* @return 初始化是否成功
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||
*/
|
||
bool initialize(uint32_t maxInstances);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 关闭缓冲区
|
||
*/
|
||
void shutdown();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 更新实例数据（全量更新，标记整个缓冲区为脏）
|
||
* @param instances 实例数据数组
|
||
* @param count 实例数量
|
||
* @return 更新是否成功
|
||
*/
|
||
bool updateInstances(const InstanceData* instances, uint32_t count);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 更新部分实例数据（增量更新）
|
||
* @param instances 实例数据数组
|
||
* @param start 起始实例索引
|
||
* @param count 实例数量
|
||
* @return 更新是否成功
|
||
*/
|
||
bool updateInstancesRange(const InstanceData* instances, uint32_t start, uint32_t count);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 添加单个实例
|
||
* @param instance 实例数据
|
||
* @return 实例索引
|
||
*/
|
||
uint32_t addInstance(const InstanceData& instance);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 标记实例范围为脏（下次updateGPU时更新）
|
||
* @param start 起始实例索引
|
||
* @param count 实例数量
|
||
*/
|
||
void markDirty(uint32_t start, uint32_t count);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 标记整个缓冲区为脏
|
||
*/
|
||
void markAllDirty();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将脏数据上传到GPU
|
||
* @return 上传是否成功
|
||
*/
|
||
bool updateGPU();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 清除所有实例
|
||
*/
|
||
void clear();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取当前实例数量
|
||
* @return 实例数量
|
||
*/
|
||
uint32_t getInstanceCount() const { return instanceCount_; }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取最大实例数量
|
||
* @return 最大实例数量
|
||
*/
|
||
uint32_t getMaxInstances() const { return maxInstances_; }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取 RHI 缓冲区句柄
|
||
* @return 缓冲区句柄
|
||
*/
|
||
BufferHandle getBufferHandle() const { return bufferHandle_; }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取 RHI 缓冲区指针
|
||
* @return 缓冲区指针
|
||
*/
|
||
RHIBuffer* getRHIBuffer() const { return bufferHandle_.get(); }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 检查是否有效
|
||
* @return 是否有效
|
||
*/
|
||
bool isValid() const { return bufferHandle_.isValid(); }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取脏区域数量
|
||
* @return 脏区域数量
|
||
*/
|
||
uint32_t getDirtyRangeCount() const { return static_cast<uint32_t>(dirtyRanges_.size()); }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 检查是否有脏数据
|
||
* @return 是否有脏数据
|
||
*/
|
||
bool hasDirtyData() const { return !dirtyRanges_.empty(); }
|
||
|
||
private:
|
||
BufferHandle bufferHandle_; // RHI 缓冲区句柄
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||
uint32_t maxInstances_ = 0; // 最大实例数量
|
||
uint32_t instanceCount_ = 0; // 当前实例数量
|
||
std::vector<InstanceData> cpuBuffer_; // CPU 端缓冲区
|
||
std::vector<DirtyRange> dirtyRanges_; // 脏区域列表
|
||
|
||
// 最大脏区域数量，超过则合并为全量更新
|
||
static constexpr uint32_t MAX_DIRTY_RANGES = 8;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 添加脏区域，自动合并重叠区域
|
||
* @param range 脏区域
|
||
*/
|
||
void addDirtyRange(const DirtyRange& range);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 合并所有脏区域为一个
|
||
*/
|
||
void mergeAllDirtyRanges();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 清空脏区域列表
|
||
*/
|
||
void clearDirtyRanges();
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 实例缓冲区管理器
|
||
*
|
||
* 管理多个实例缓冲区的分配和回收
|
||
*/
|
||
class InstanceBufferManager {
|
||
public:
|
||
/**
|
||
* @brief 默认构造函数
|
||
*/
|
||
InstanceBufferManager();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 析构函数
|
||
*/
|
||
~InstanceBufferManager();
|
||
|
||
// 禁止拷贝
|
||
InstanceBufferManager(const InstanceBufferManager&) = delete;
|
||
InstanceBufferManager& operator=(const InstanceBufferManager&) = delete;
|
||
|
||
// 允许移动
|
||
InstanceBufferManager(InstanceBufferManager&& other) noexcept;
|
||
InstanceBufferManager& operator=(InstanceBufferManager&& other) noexcept;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 初始化管理器
|
||
* @return 初始化是否成功
|
||
*/
|
||
bool initialize();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 关闭管理器
|
||
*/
|
||
void shutdown();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取或创建实例缓冲区
|
||
* @param minSize 最小容量（实例数量）
|
||
* @return 实例缓冲区指针
|
||
*/
|
||
InstanceBuffer* acquireBuffer(uint32_t minSize);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 回收实例缓冲区
|
||
* @param buffer 缓冲区指针
|
||
*/
|
||
void releaseBuffer(InstanceBuffer* buffer);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 重置所有缓冲区
|
||
*/
|
||
void reset();
|
||
|
||
private:
|
||
std::vector<std::unique_ptr<InstanceBuffer>> bufferPool_;
|
||
uint32_t currentBufferIndex_ = 0;
|
||
static constexpr uint32_t DEFAULT_BUFFER_SIZE = 1024;
|
||
};
|
||
|
||
} // namespace extra2d
|