实例渲染

简介

Qt Quick 3D 支持 对象的实例化。实例化是指通过一次绘制调用多次渲染一个对象的技术。(例如 OpenGL 函数 。）Model glDrawElementsInstanced

实例化允许以不同的方式复制一个模型。与使用Repeater3D 不同的是，模型及其图形资源只分配一次。复制实例的渲染由 GPU 在底层完成。根据模型的复杂程度，性能可提高几个数量级。

在实践中，实例化是通过定义一个表来完成的，该表指定了每个实例相对于基础模型的修改方式。

实例 API

实例化 API 的主要原则是显式：它不会试图在现有的 API 中自动检测实例化的机会。相反，通过设置instancing 属性以引用Instancing 对象，每个模型都会被单独标记。同一 Instancing 对象可同时用于多个模型。

实例化对象指定了一个表，该表定义了每个副本的渲染方式。可用的修改有

• 变换：位置、旋转和缩放
• 颜色：与模型材质混合的颜色
• 自定义数据：可被自定义材质使用的数据

Qt Qml 提供了三种继承自 Instancing 的 QML 类型：

• InstanceList 枚举所有实例并允许绑定每个实例的属性。
• RandomInstancing 通过在定义的范围内生成随机实例，提供了一种快速测试和原型的方法。
• FileInstancing 从外部文件读取实例表。

实例化示例展示了如何使用 QML API 创建场景。

其他类型的实例表可通过子类化QQuick3DInstancing 在 C++ 中定义。例如，particle system 内部使用自己的实例表。它可以在ModelParticle3D.instanceTable 中找到。

通过编写自定义着色器代码，可以使用实例化来控制其他属性，如基于物理的渲染变量、骨骼动画权重、变形或其他任何可以用自定义材质表达的属性。实例化表中的自定义数据由四个浮点数组成。

自定义实例化示例展示了如何将自定义材质与用 C++ 实现的实例表结合起来。

阿尔法混合和实例化

正确的阿尔法混合需要从后向前渲染半透明对象。因此，QtQuick3D 会将不透明和半透明对象分开排序，并按照正确的顺序进行渲染。但是，如果不打开depth-sorting ，GPU 将按照实例表指定的顺序渲染实例。出于性能考虑，QtQuick3D 默认情况下不会对表格进行排序，因为如果实例数量较多，排序过程可能会耗时较长。这意味着，如果半透明实例相互重叠，或与其他半透明对象重叠，结果可能看起来不对。一般来说，不透明度较低时，错误较不明显。

完全不透明的对象与不重叠的半透明对象在一起时总是能正确渲染，因为 Qt 使用深度缓冲区测试来避免在不透明对象后面绘制。不过，缺乏排序可能会影响不透明对象的性能：它们可能不会以最佳顺序呈现，这意味着同一像素可能会被写入多次，从而增加片段着色器的工作量。

渲染器不会检查实例表的内容，因此当实例表包含半透明的 alpha 值时，必须明确指定：将hasTransparency 属性设置为true ，以确保渲染器启用 alpha 混合。这适用于所有实例：即使是完全不透明的实例也会在没有深度测试的情况下进行渲染，从而可能导致可见错误。

相对于场景其他部分的渲染顺序可以通过设置模型的depth bias 进行调整。

变换和实例化

每个实例在实例表中都有自己的变换。这与实例模型上的变换相结合。这有点复杂，因为有几种使用情况：

• 对模型进行变换，并应用到每个实例。这样可以制作廉价的动画，例如一次性旋转所有实例，而无需更改实例表。
• 一次性转换整组实例。
• 对模型层次结构进行实例化。

为了支持所有这些情况，模型的变换分为两部分：本地实例变换和全局实例变换。从概念上讲，实例化是这样进行的：

• 首先，根据本地实例变换对模型进行变换。
• 然后应用实例表变换计算每个实例。
• 最后，根据全局实例变换对整个实例对象组进行变换。

默认情况下，模型的局部实例变换包括模型的缩放和旋转，其余部分进入全局实例变换。

这可以通过设置模型的instanceRoot 属性来控制。这定义了实例坐标系的原点。最常见的用法是在对模型的层次结构进行实例化时使用。例如，一个球体围绕一个立方体运行：

Model {
    id: cube
    instancing: someInstanceTable
    source: "#Cube"
    materials: DefaultMaterial { diffuseColor: "lightgray" }
    Node {
        Model {
            source: "#Sphere"
            instanceRoot: cube
            instancing: cube.instancing
            x: 150
            materials: DefaultMaterial { diffuseColor: "gray" }
        }
        NumberAnimation on eulerRotation.y {
            from: 0
            to: 360
            duration: 4000
            loops: Animation.Infinite
        }
    }
}

instanceRoot 用于指定球体实例的位置，就好像它是立方体的一个元素一样。层次结构中的每个模型仍需指定instancing 属性：在正常情况下，它们都应设置为相同的Instancing 对象。

instanceRoot 也可在实例化单个模型时使用。例如，围绕偏心点旋转的圆柱体：

 Node {
    id: parentNode
    Model {
        source: "#Cylinder"
        instanceRoot: parentNode
        instancing: anotherInstanceTable
        x: 25
        materials: DefaultMaterial { diffuseColor: "white" }
    }
    NumberAnimation on eulerRotation.y {
        from: 0
        to: 360
        duration: 1000
        loops: Animation.Infinite
    }
}

选取和实例化

Picking 是一种可以从用户界面交互中选择模型的机制。在实例化渲染中，同一模型有多个表现形式，因此选取结果将包括 。通过在基本模型上设置 属性，可启用实例化选取。instance index pickable