425 lines
11 KiB
C++
425 lines
11 KiB
C++
#pragma once
|
||
|
||
#include <array>
|
||
#include <memory>
|
||
#include <renderer/rhi/rhi.h>
|
||
#include <renderer/rhi/rhi_command_list.h>
|
||
#include <renderer/uniform_buffer.h>
|
||
#include <types/math/color.h>
|
||
#include <types/math/transform.h>
|
||
#include <unordered_map>
|
||
#include <vector>
|
||
|
||
namespace extra2d {
|
||
|
||
// 前向声明
|
||
class CommandQueue;
|
||
class Material;
|
||
class Mesh;
|
||
class UniformBufferManager;
|
||
template <typename T> class Ptr;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 绘制命令键
|
||
*
|
||
* 64位排序键，用于高效排序绘制命令
|
||
* 布局：| 材质ID (32位) | 深度 (16位) | 层 (8位) | 标志 (8位) |
|
||
*/
|
||
struct DrawKey {
|
||
uint64_t value;
|
||
|
||
DrawKey() : value(0) {}
|
||
explicit DrawKey(uint64_t v) : value(v) {}
|
||
|
||
// 构建排序键
|
||
static DrawKey make(uint32_t materialId, uint16_t depth, uint8_t layer,
|
||
uint8_t flags = 0) {
|
||
DrawKey key;
|
||
key.value = (static_cast<uint64_t>(materialId) << 32) |
|
||
(static_cast<uint64_t>(depth) << 16) |
|
||
(static_cast<uint64_t>(layer) << 8) |
|
||
static_cast<uint64_t>(flags);
|
||
return key;
|
||
}
|
||
|
||
uint32_t getMaterialId() const { return static_cast<uint32_t>(value >> 32); }
|
||
uint16_t getDepth() const {
|
||
return static_cast<uint16_t>((value >> 16) & 0xFFFF);
|
||
}
|
||
uint8_t getLayer() const { return static_cast<uint8_t>((value >> 8) & 0xFF); }
|
||
uint8_t getFlags() const { return static_cast<uint8_t>(value & 0xFF); }
|
||
|
||
bool operator<(const DrawKey &other) const { return value < other.value; }
|
||
bool operator>(const DrawKey &other) const { return value > other.value; }
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 绘制命令
|
||
*
|
||
* 封装一次绘制调用的所有信息
|
||
*/
|
||
struct DrawCommand {
|
||
DrawKey key; // 排序键
|
||
PipelineHandle pipeline; // 管线状态
|
||
BufferHandle vertexBuffer; // 顶点缓冲区
|
||
BufferHandle indexBuffer; // 索引缓冲区（可选）
|
||
uint32_t vertexCount; // 顶点数量
|
||
uint32_t indexCount; // 索引数量
|
||
std::array<TextureHandle, 8> textures; // 纹理数组
|
||
uint32_t textureCount; // 纹理数量
|
||
BufferHandle materialUBO; // 材质 UBO
|
||
uint32_t materialUBOSize; // 材质 UBO 大小
|
||
uint32_t materialUBOOffset; // 材质 UBO 在全局缓冲区中的偏移
|
||
|
||
// 变换和颜色数据（用于设置 shader uniform）
|
||
Mat4 modelMatrix; // 模型矩阵
|
||
Color color; // 颜色
|
||
|
||
DrawCommand()
|
||
: vertexCount(0), indexCount(0), textureCount(0),
|
||
materialUBOSize(0), materialUBOOffset(0),
|
||
modelMatrix(glm::identity<Mat4>()), color(Color::White) {}
|
||
|
||
// 检查是否使用索引绘制
|
||
bool isIndexed() const { return indexCount > 0; }
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 命令批次
|
||
*
|
||
* 合并具有相同管线和纹理的绘制命令
|
||
*/
|
||
struct CommandBatch {
|
||
PipelineHandle pipeline; // 共享管线
|
||
std::array<TextureHandle, 8> textures; // 共享纹理
|
||
uint32_t textureCount;
|
||
uint32_t startIndex; // 批次起始命令索引
|
||
uint32_t count; // 批次命令数量
|
||
|
||
CommandBatch() : textureCount(0), startIndex(0), count(0) {}
|
||
|
||
// 检查是否与命令兼容
|
||
bool isCompatibleWith(const DrawCommand &cmd) const {
|
||
if (pipeline != cmd.pipeline)
|
||
return false;
|
||
if (textureCount != cmd.textureCount)
|
||
return false;
|
||
for (uint32_t i = 0; i < textureCount; ++i) {
|
||
if (textures[i] != cmd.textures[i])
|
||
return false;
|
||
}
|
||
return true;
|
||
}
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 命令排序器
|
||
*
|
||
* 对绘制命令进行排序以优化渲染性能
|
||
* 排序优先级：材质（管线）> 深度 > 层
|
||
* 使用对象池复用命令内存，减少每帧分配
|
||
*/
|
||
class CommandSorter {
|
||
public:
|
||
/**
|
||
* @brief 默认构造函数
|
||
*/
|
||
CommandSorter();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 析构函数
|
||
*/
|
||
~CommandSorter();
|
||
|
||
// 禁止拷贝
|
||
CommandSorter(const CommandSorter&) = delete;
|
||
CommandSorter& operator=(const CommandSorter&) = delete;
|
||
|
||
// 允许移动
|
||
CommandSorter(CommandSorter&&) noexcept;
|
||
CommandSorter& operator=(CommandSorter&&) noexcept;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 添加绘制命令
|
||
* @param cmd 绘制命令
|
||
* @return 命令索引
|
||
*/
|
||
uint32_t addCommand(const DrawCommand &cmd);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 排序所有命令
|
||
*/
|
||
void sort();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取排序后的命令
|
||
* @param index 命令索引
|
||
* @return 命令引用
|
||
*/
|
||
const DrawCommand &getCommand(uint32_t index) const {
|
||
return commands_[sortedIndices_[index]];
|
||
}
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取命令数量
|
||
* @return 命令数量
|
||
*/
|
||
uint32_t getCount() const { return commandCount_; }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 清空所有命令（保留内存）
|
||
*/
|
||
void clear();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 预分配命令缓冲区
|
||
* @param capacity 预分配的容量
|
||
*/
|
||
void reserve(uint32_t capacity);
|
||
|
||
private:
|
||
std::vector<DrawCommand> commands_; // 命令缓冲区（复用）
|
||
std::vector<uint32_t> sortedIndices_; // 排序索引缓冲区（复用）
|
||
uint32_t commandCount_ = 0; // 当前命令数量
|
||
static constexpr uint32_t INITIAL_CAPACITY = 1024; // 初始容量
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 命令批处理器
|
||
*
|
||
* 将连续的兼容命令合并为批次
|
||
* 减少状态切换开销
|
||
*/
|
||
class CommandBatcher {
|
||
public:
|
||
/**
|
||
* @brief 处理命令列表，生成批次
|
||
* @param sorter 已排序的命令排序器
|
||
*/
|
||
void process(const CommandSorter &sorter);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取批次数量
|
||
* @return 批次数量
|
||
*/
|
||
uint32_t getBatchCount() const {
|
||
return static_cast<uint32_t>(batches_.size());
|
||
}
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取批次
|
||
* @param index 批次索引
|
||
* @return 批次引用
|
||
*/
|
||
const CommandBatch &getBatch(uint32_t index) const { return batches_[index]; }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取批次中的命令
|
||
* @param batchIndex 批次索引
|
||
* @param cmdIndex 命令在批次中的索引
|
||
* @return 命令引用
|
||
*/
|
||
const DrawCommand &getCommand(uint32_t batchIndex, uint32_t cmdIndex) const;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 清空所有批次
|
||
*/
|
||
void clear();
|
||
|
||
private:
|
||
std::vector<CommandBatch> batches_;
|
||
const CommandSorter *sorter_ = nullptr;
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 命令队列
|
||
*
|
||
* 管理一帧的所有渲染命令
|
||
* 提供提交、排序、批处理和执行功能
|
||
*/
|
||
class CommandQueue {
|
||
public:
|
||
/**
|
||
* @brief 默认构造函数
|
||
*/
|
||
CommandQueue();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 析构函数
|
||
*/
|
||
~CommandQueue();
|
||
|
||
// 禁止拷贝
|
||
CommandQueue(const CommandQueue&) = delete;
|
||
CommandQueue& operator=(const CommandQueue&) = delete;
|
||
|
||
// 允许移动
|
||
CommandQueue(CommandQueue&&) noexcept;
|
||
CommandQueue& operator=(CommandQueue&&) noexcept;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 初始化命令队列
|
||
* @return 初始化是否成功
|
||
*/
|
||
bool initialize();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 关闭命令队列
|
||
*/
|
||
void shutdown();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 开始一帧的录制
|
||
*/
|
||
void beginFrame();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 结束一帧的录制
|
||
*/
|
||
void endFrame();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 提交绘制命令
|
||
* @param material 材质
|
||
* @param mesh 网格
|
||
* @param transform 变换
|
||
* @param color 颜色
|
||
*/
|
||
void submitDraw(Ptr<Material> material, Ptr<Mesh> mesh,
|
||
const struct Transform &transform, const Color &color);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 提交清除命令
|
||
* @param color 清除颜色
|
||
* @param flags 清除标志
|
||
*/
|
||
void submitClear(const Color &color, uint32_t flags);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 设置视口
|
||
* @param x 视口 X
|
||
* @param y 视口 Y
|
||
* @param width 视口宽度
|
||
* @param height 视口高度
|
||
*/
|
||
void setViewport(int32_t x, int32_t y, int32_t width, int32_t height);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 执行所有命令
|
||
*
|
||
* 排序、批处理并执行所有提交的命令
|
||
* @param frameIndex 当前帧索引（用于双缓冲）
|
||
*/
|
||
void execute(uint32_t frameIndex);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 更新全局 UBO 数据
|
||
* @param viewProjection 视图投影矩阵
|
||
* @param deltaTime 帧时间
|
||
* @param screenWidth 屏幕宽度
|
||
* @param screenHeight 屏幕高度
|
||
* @param frameIndex 当前帧索引（用于双缓冲）
|
||
*/
|
||
void updateGlobalUBO(const Mat4& viewProjection, float deltaTime,
|
||
uint32_t screenWidth, uint32_t screenHeight, uint32_t frameIndex);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取当前命令数量
|
||
* @return 命令数量
|
||
*/
|
||
uint32_t getCommandCount() const { return sorter_.getCount(); }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取命令列表
|
||
* @return 命令列表指针
|
||
*/
|
||
RHICommandList* getCommandList() const { return commandList_.get(); }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取渲染统计信息
|
||
* @return 渲染统计
|
||
*/
|
||
const RenderStats& getStats() const { return stats_; }
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 重置统计信息
|
||
*/
|
||
void resetStats() { stats_ = {}; }
|
||
|
||
private:
|
||
CommandSorter sorter_;
|
||
CommandBatcher batcher_;
|
||
RHIContext *context_ = nullptr;
|
||
std::unique_ptr<RHICommandList> commandList_;
|
||
|
||
// UBO 管理器
|
||
std::unique_ptr<UniformBufferManager> uboManager_;
|
||
|
||
// 渲染统计
|
||
RenderStats stats_;
|
||
|
||
// 全局 UBO 数据 - 必须与着色器中的 std140 布局完全匹配
|
||
// layout(std140, binding = 0) uniform GlobalUBO {
|
||
// mat4 uViewProjection; // 64 bytes, offset 0
|
||
// vec4 uCameraPosition; // 16 bytes, offset 64
|
||
// float uTime; // 4 bytes, offset 80
|
||
// float uDeltaTime; // 4 bytes, offset 84
|
||
// vec2 uScreenSize; // 8 bytes, offset 88
|
||
// }; // 总大小: 96 bytes (std140 对齐)
|
||
struct alignas(16) GlobalUBOData {
|
||
float viewProjection[16]; // 64 bytes, offset 0
|
||
float cameraPosition[4]; // 16 bytes, offset 64
|
||
float time; // 4 bytes, offset 80
|
||
float deltaTime; // 4 bytes, offset 84
|
||
float screenSize[2]; // 8 bytes, offset 88
|
||
} globalUBOData_;
|
||
|
||
// 材质 UBO 数据缓冲区
|
||
std::vector<uint8_t> materialUBOData_;
|
||
|
||
// 当前材质 ID 计数器
|
||
uint32_t nextMaterialId_ = 1;
|
||
|
||
// 材质到 ID 的映射
|
||
std::unordered_map<Material *, uint32_t> materialIds_;
|
||
|
||
// 当前材质 UBO 缓冲区
|
||
UniformBuffer* currentMaterialUBO_ = nullptr;
|
||
uint32_t materialUBOBufferOffset_ = 0;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取或创建材质 ID
|
||
* @param material 材质指针
|
||
* @return 材质 ID
|
||
*/
|
||
uint32_t getMaterialId(Material *material);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 执行单个批次
|
||
* @param batchIndex 批次索引
|
||
* @param batch 命令批次
|
||
* @param frameIndex 当前帧索引（用于双缓冲）
|
||
*/
|
||
void executeBatch(uint32_t batchIndex, const CommandBatch &batch, uint32_t frameIndex);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 分配材质 UBO 空间（使用 CPU 缓冲区）
|
||
* @param size 需要的空间大小
|
||
* @return 分配的 UBO 指针（nullptr 表示使用 CPU 缓冲区）和偏移量
|
||
*/
|
||
std::pair<UniformBuffer*, uint32_t> allocateMaterialUBO(uint32_t size);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 将材质 UBO CPU 缓冲区数据刷新到 GPU
|
||
*/
|
||
void flushMaterialUBOToGPU();
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 获取当前材质 UBO
|
||
* @return 当前材质 UBO 指针
|
||
*/
|
||
UniformBuffer* getCurrentMaterialUBO() const;
|
||
};
|
||
|
||
} // namespace extra2d
|