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OpenGL ES 3.0 的 Transform Feedback 怎么用？

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OpenGL ES 3.0 的 Transform Feedback 怎么用？

什么是 Transform Feedback

Transform Feedback（变换反馈）是在 OpenGLES3.0 渲染管线中，顶点处理阶段结束之后，图元装配和光栅化之前的一个步骤。

Transform Feedback 可以重新捕获即将装配为图元(点，线段，三角形)的顶点，然后你将它们的部分或者全部属性传递到缓存对象。

Transform Feedback 的主要作用是可以将顶点着色器的处理结果输出，并且可以有多个输出，这样可以将大量的向量或矩阵运算交给 GPU 并行处理，这是 OpenGLES 3.0 的新特性。

每个顶点在传递到图元装配阶段时，将所有需要捕获的属性数据记录到一个或者多个缓存对象中，程序可以通过这些缓存读出这些数据，可以将他们用于后续的渲染操作。

Transform Feedback 对象

Transform Feedback 所有状态通过一个 Transform Feedback 对象管理，主要包括以下状态：

  • 用于记录顶点数据的缓存对象；
  • 用于标识缓存对象的计数器;
  • 用于标识 Transform Feedback 当前是否启用的状态量。

Transform Feedback 对象的创建绑定过程和一般的 OpenGLES 对象类似，如 VAO 。

生成和绑定 Transform Feedback 对象：

glGenTransformFeedbacks(1, &m_TransFeedbackObjId);
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, m_TransFeedbackObjId);

Transform Feedback 缓存

Transform Feedback 主要用来管理将顶点捕捉到缓存对象的相关状态。这个状态中包含当前连接到的 Transform Feedback 缓存绑定点的缓存对象。

可以同时给 Transform Feedback 绑定多个缓存，也可以绑定缓存对象的多个子块，甚至可以将同一个缓存对象不用子块绑定到不同的 Transform Feedback 缓存绑定点上。

创建 Transform Feedback 缓存类似于创建 VBO 。

glGenBuffers(1, &m_TransFeedbackBufId);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, m_TransFeedbackBufId);
// 设置缓存的大小，输出是一个 3 维向量和一个 2 维向量，一共 6 个顶点，大小为 (3 + 2) * 6 * sizeof(GLfloat)
glBufferData(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, (3 + 2) * 6 * sizeof(GLfloat), NULL, GL_STATIC_READ);

接口 glBindBufferBase 将缓存绑定到当前 Transform Feedback 对象。

void glBindBufferBase(GLenum target, GLuint index, Gluint buffer);

其中：

  • target 参数须设置为 GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER；
  • index 必须是当前绑定的 transform feedback 对象的缓存绑定点索引；
  • buffer 表示被绑定的缓存对象的 ID 。

为 Transform Feedback 对象绑定缓冲区对象。

glGenTransformFeedbacks(1, &m_TransFeedbackObjId);
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, m_TransFeedbackObjId);
glBindBufferBase(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0, m_TransFeedbackBufId); // Specify the index of the binding point within the array specified by target.
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, 0);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0);

Transform Feedback 变量

glTransformFeedbackVaryings 用于指定变换反馈的变量，也就是顶点着色器需要输出的变量。

声明了 2 个变换反馈变量的顶点着色器：

#version 300 es                            
layout(location = 0) in vec4 a_position;   
layout(location = 1) in vec2 a_texCoord;   
out vec2 v_texCoord;                       
out vec3 outPos;                           
out vec2 outTex;                           
void main()                                
{                                          
   gl_Position = a_position;               
   v_texCoord = a_texCoord;                
   outPos = vec3(a_position)*3.0; //将位置向量做一个简单运算后输出         
   outTex = a_texCoord * 3.0;     //将纹理坐标向量做一个简单运算后输出          
}                                          

设置变换反馈变量，需要注意的是 glTransformFeedbackVaryings 需要在 glLinkProgram 之前调用。

glAttachShader(program, vertexShaderHandle);
glAttachShader(program, fragShaderHandle);

GLchar const * varyings[] = {"outPos", "outTex"};
glTransformFeedbackVaryings(m_ProgramObj, sizeof(varyings)/ sizeof(varyings[0]), varyings, GL_INTERLEAVED_ATTRIBS);

glLinkProgram(program);

Transform Feedback 捕获启动和停止

Transform Feedback 可以随时启动、暂停和停止。

glBeginTransformFeedback 用于开始 Transform Feedback ，它的参数是用来设置将要记录的图元类型，如：GL_POINTS、GL_LINES 和 GL_TRIANGLES 。

glPuaseTransformFeedback 暂停 Transform Feedback 对变量的记录，但 Transform Feedback 还是处于启动状态。如果 Transform Feedback 没有启动则 OpenGLES 产生错误。

glResumeTransformFeedback 重新开启一个之前通过 glPuaseTransformFeedback 暂停的变换反馈过程，如果 Transform Feedback 没有启动，或者没有被处于活动状态，则产生OpenGL错误。

glEndTransformFeedback 用来结束 Transform Feedback 过程。

Transform Feedback 缓冲区读取

Transform Feedback 过程结束后，通过 glMapBufferRange 读取缓冲区数据。

//绑定要读取的缓冲区对象
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, m_TransFeedbackBufId);

//读取缓冲区数据
void* rawData = glMapBufferRange(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0,  (3 + 2) * 6 * sizeof(GLfloat), GL_MAP_READ_BIT);

float *p = (float*)rawData;
for(int i= 0; i< 6; i++)
{
    LOGCATE("TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[%d] = [%f, %f, %f], outTex[%d] = [%f, %f]", i, p[i * 5], p[i * 5 + 1], p[i * 5 + 2], i, p[i * 5 + 3], p[i * 5 + 4]);
}

//解绑
glUnmapBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0);

Transform Feedback 的使用

Transform Feedback 的一般使用流程：

  1. 设置变换反馈变量；
  2. 创建 Transform Feedback 缓冲区；
  3. 创建 Transform Feedback 对象，并绑定缓冲区；
  4. 启动变换反馈，在绘制结束后停止变换反馈；
  5. 读取 Transform Feedback 缓冲区数据。

总体实现代码：

//1. 设置变换反馈变量；
glAttachShader(program, vertexShaderHandle);
glAttachShader(program, fragShaderHandle);

GLchar const * varyings[] = {"outPos", "outTex"};
glTransformFeedbackVaryings(m_ProgramObj, sizeof(varyings)/ sizeof(varyings[0]), varyings, GL_INTERLEAVED_ATTRIBS);

glLinkProgram(program);

//2. 创建 Transform Feedback 缓冲区；
glGenBuffers(1, &m_TransFeedbackBufId);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, m_TransFeedbackBufId);
glBufferData(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, (3 + 2) * 6 * sizeof(GLfloat), NULL, GL_STATIC_READ);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0);

//3. 创建 Transform Feedback 对象，并绑定缓冲区；
glGenTransformFeedbacks(1, &m_TransFeedbackObjId);
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, m_TransFeedbackObjId);
glBindBufferBase(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0, m_TransFeedbackBufId);
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, 0);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0);

//4. 启动变换反馈，在绘制结束后停止变换反馈；
glViewport(0, 0, screenW, screenH);
glUseProgram(m_ProgramObj);
glBindVertexArray(m_VaoId);
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_ImageTextureId);
glUniform1i(m_SamplerLoc, 0);
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, m_TransFeedbackObjId);
glBeginTransformFeedback(GL_TRIANGLES);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
glEndTransformFeedback();
glBindTransformFeedback(GL_TRANSFORM_FEEDBACK, 0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, GL_NONE);
glBindVertexArray(GL_NONE);

//5. 读取 Transform Feedback 缓冲区数据。
// Read feedback buffer
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, m_TransFeedbackBufId);
void* rawData = glMapBufferRange(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0,  (3 + 2) * 6 * sizeof(GLfloat), GL_MAP_READ_BIT);
float *p = (float*)rawData;
for(int i= 0; i< 6; i++)
{
    LOGCATE("TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[%d] = [%f, %f, %f], outTex[%d] = [%f, %f]", i, p[i * 5], p[i * 5 + 1], p[i * 5 + 2], i, p[i * 5 + 3], p[i * 5 + 4]);
}
glUnmapBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER);
glBindBuffer(GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0);

代码执行后读取 Transform Feedback 缓冲区的数据：

E/ByteFlow: TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[0] = [-3.000000, -1.500000, 0.000000], outTex[0] = [0.000000, 3.000000]
E/ByteFlow: TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[1] = [3.000000, -1.500000, 0.000000], outTex[1] = [3.000000, 3.000000]
E/ByteFlow: TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[2] = [-3.000000, 1.500000, 0.000000], outTex[2] = [0.000000, 0.000000]
E/ByteFlow: TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[3] = [3.000000, -1.500000, 0.000000], outTex[3] = [3.000000, 3.000000]
E/ByteFlow: TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[4] = [3.000000, 1.500000, 0.000000], outTex[4] = [3.000000, 0.000000]
E/ByteFlow: TransformFeedbackSample::Draw() read feedback buffer outPos[5] = [-3.000000, 1.500000, 0.000000], outTex[5] = [0.000000, 0.000000]

Transform Feedback 实现代码路径：
https://github.com/githubhaohao/NDK_OpenGLES_3_0

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