实现图形算法API[软光栅渲染器，C++]

最近有点烦，发烧感冒了三天[事实上是俩天，第三天是因为摆得太舒服了索性多玩一天]，啥都没学，打守望先锋也把把被虐...，想着今天来提起键盘把之前的东西都总结一下。

那么话归真题，首先我是仿造opengl来写的图形api，因为是在cpu端运行，所以要比opengl优雅很多。

首先肯定要预先计划好写哪些功能，我想的第一个是vertexbuffer，因为这个是最经常接触的，而且实现思路也非常清晰明了。

class VertexBuffer
{struct DataWarp {ITypeTag* info = nullptr;size_t InfoSize = 0;void* data = nullptr;size_t dataElemSize = 0;~DataWarp() {memory::dealloc(data, info->tSize);memory::dealloc(info, InfoSize);}};
public:/** T			  数据的类型* bufferindex 所在的缓冲下标* dataIndex   缓冲中对应的数据下标*/template<class T>T* Sample(size_t bufferIndex, size_t dataIndex);/** index 布局的下标* size  数据的字节数* data  数据指针* T	    数据的类型*/template<class T>void SetData(size_t index, size_t size, void* data);
private:std::vector<DataWarp*> buffers;friend class IInvoker;
};

这个是我设计的类；

只暴露了两个方法，一个push数据，一个采样数据，push数据的方法模仿了opengl，给定对应的布局下标以及数据内存的大小和数据指针，然后将数据拷贝；

当然，我这边有一个问题，buffers里面的指针应该用智能指针代替；

SetData的方法：

template<class T>
inline void VertexBuffer::SetData(size_t index, size_t size, void* data)
{if (!data) return;if (index >= buffers.size())buffers.resize(index + 1);buffers[index] = new DataWarp;buffers[index]->data = memory::alloc<void>(size);memcpy(buffers[index]->data, data, size);buffers[index]->info = new TypeTag<T>();//注意memory::alloc不会调用构造函数buffers[index]->InfoSize = sizeof(TypeTag<T>);buffers[index]->dataElemSize = size / sizeof(T);
}

这边要提及一下TypeTag这个类了，这个是本人的一个小发明，主要是将数据类型抹除，然后用数据去封装，以达到运行时数据类型检测的效果，这个在整个框架设计中都非常重要；

这边我们将采样步长[T的字节数]等信息都封存到TypeTag中，这些信息在我们采样数据的时候是必须要有的；

这样我们就有了最基础的push数据和采样数据的功能了；

另外一个类的设计是uniformbuffer

class UniformBuffer
{struct DataWarp {ITypeTag* info;size_t InfoSize;void* data;~DataWarp() { memory::dealloc(data, info->tSize);memory::dealloc(info, InfoSize);}};
public:template<class T>void PushBufferData(std::string name,void* data);template<class T>T* GetBufferData(std::string name);template<class T>void SetBufferData(const std::string& name,const T& data);void SetCallBack(std::function<void(const std::string&, void*)>);
private:std::unordered_map<std::string, DataWarp*> buffers;std::function<void(const std::string&, void*)> callback;friend class IInvoker;
};

我们这边和opengl一样，是通过变量名表意字符串进行索引的，大概思路和vertexbuffer差不多，一个push数据的方法，一个采样数据的方法，其外有两个不同的方法，一个是修改数据的方法，因为vertexbuffer中的数据一般都不会被修改，所以就没提供这个方法，但是uniform不一样，里面的数据是会被经常修改的所以提供了一个修改数据的方法；

uniformbuffer中的数据会被渲染器分配到shader中，所以uniformbuffer中的数据修改时，shader中的数据也必须被修改，这个时候有两个方向两个思路的解决方向；

先说思路，一个是主动思路，一个是被动思路，其中主动思路的意思是，每帧的渲染中渲染器都将uniformbuffer中的数据重新分配给shader，还有一种思路是被动思路，意思是只有当uniformbuffer中的数据被修改的时候才会去重新分配，这样的好处是降低性能开销，我选择了后者；

所以我增加了一个setCallback的方法，当数据被修改的时候会回call，以达到重新分配的目的；

另外一个类是indexbuffer这个buffer就没什么说头了和vertexbuffer差不多，只不过相比上两个buffer，indexbuffer的数据是提供给渲染器的，而那两个是提供给shader的；

另外一个类的话，是invoker；

class IInvoker
{
protected:std::shared_ptr<UniformBuffer> uniformBuffer;// shader have uniformBuffer;std::shared_ptr<VertexBuffer> vertexBuffer;std::shared_ptr<IndexBuffer> indexBuffer;std::shared_ptr<IShader> shader;std::shared_ptr<ITexture> zBuffer;OutBufferManger* outBufferManger;Interpolator* intpor;//intpor是由vertexShader收集信息创建的，但由IInvoke持有,其不是一个指针对象,所以不用shared管理glm::mat4 viewport;glm::vec2 sampleSpace;glm::vec2 zbufferSS;std::function<bool(const float&, float&)> depthTest;void CheckUniformBuffer();void CheckVertexBufferLayout();void CheckIntpor();void UniformCallback(const std::string&, void*);//这个是vertexbuffer与vertexShader数据连接的桥梁,将数据按照layout进行匹配void SetLayoutDataForVertexShader(size_t);void SetUniformForShader();void fill_triangle_optimized(glm::ivec2 v1, glm::ivec2 v2, glm::ivec2 v3, const glm::vec3* vn, const glm::vec4* vPos);void SettleFragmentShaderRes(float x, float y);void TreatPixel(const int& x, const int& y,const glm::vec3* vn,const glm::vec4* vPos);glm::vec3 barycentric(glm::vec2 v1, glm::vec2 v2, glm::vec2 v3, glm::vec2 p);void Interplator(glm::vec3 Bar);
public:enum class Status {COMPELETED,FAILED};void Link();virtual void lnvokeForTriangle();Status vertexBufferStatus = Status::FAILED;Status uniformBufferStatus = Status::FAILED;Status InterpolatorStatus = Status::FAILED;friend int main();friend struct LiRenderer;
};

这个invoker是一个算法模板，我是为了将算法模板和渲染器解耦才设计这个类的，这个类中包括但不限于三角形填充算法、线性插值、重心插值、深度测试等等算法，而且为了可装配性，我将大部分算法模块都抽象成了一个std::function<>的接口，这样就可以在渲染器具中开放接口，让客户端程序员进行装配；

另外这个类我有一个做的不够好的地方，那就是校验数据的工作我给分配到其中了，但它只是一个算法模板，后面我们给修改的；

另外还有一个类，OutBufferManger，这个类的话的作用就相当于OpenGL中的多渲染目标了，一次渲染可以渲染出多张纹理；

class OutBufferManger
{struct TexAndNVar {void* var;//链接到framebuffer中的值的指针std::shared_ptr<ITexture> tex;};
public:OutBufferManger() {}void PushTexure(size_t index, std::shared_ptr<ITexture> texture);void SetData(size_t index, float x, float y, void* data);void SetData(size_t index, size_t x, size_t y, void* data);void TakeData(size_t index, float x, float y);void TakeData(size_t index, size_t x, size_t y);std::shared_ptr<ITexture>& GetTex(size_t index) { return ts.at(index).tex; }
private:std::vector<TexAndNVar> ts;friend struct LiRenderer;friend struct IInvoker;
};

这个类最终是要与fragmentshader进行对接的，将fragmentshader中数据与其中的Texture类进行绑定，渲染出的数据push到其中；

至于shader类就比较复杂了，因为涉及到很多种数据的准备工作，比如vertexshader要准备布局数据和传递到fragmentshader中的数据还有uniform数据，fragment也要准备很多数据；

这些数据的准备都是在构造函数中完成的，在基类中会完成必要的数据准备，子类中就是各种客户端程序员的自定义数据准备了；

另外还有很多有意思的问题，比如插值，怎么对一个三角形进行插值？用重心坐标，但是可能被插值的数据类型有那么多种，int、float、vec2、vec3...怎么能抹除数据的差别，用一种方法插值呢？

等等等等等都是问题，但好在我解决了；

下面奉上效果图：