OpenGL ES 3.0 技术总结（一）：多实例渲染
我们的视讯终端类产品不可避免的要用到图形界面，而图形界面的底层GUI引擎必然越来越少不了图形硬件加速功能，而谈到图形硬件加速功能，必然就是OpenGL ES了。 我们TWS界面引擎平台当前应用的是OpenGL ES 2.0，而OpenGL ES最新的版本是3.0，目前Android和iOS已经支持OpenGL ES3.0了，这也是今后的发展方向，大势所趋，想躲都躲不开。
OpenGL ES 3.0新增了大量的新特性，其中的多实例渲染是很重要的一个。大型3D图形软件经常需要渲染的一个场景是：场景中同时存在有大量的物体需要渲染，这些物体的位置、大小、角度、颜色、纹理各不相同，但是这些物体本身具有相同的网格（mesh）；举个例子，看看下面这张图。图中有上千个矮人角色，他们用同一个网格构造，却有着不同位置、大小、姿态、颜色及纹理。
图1 多实例动画（选自GPU Gems 3）
想一想在OpenGL ES 2.0时代，我们要渲染这样的一个场景，标准步骤是这样的：
for (/*每一个物体*/)
{
/*设置投影模型视图变换距阵(Project-View-Modal Matrix)*/
int i32Location = glGetUniformLocation(m_uiProgramObject, "myPMVMatrix");
glUniformMatrix4fv( i32Location, 1, GL_FALSE, aPMVMatrix);
/*设置模型视图变换距阵(View-Modal Matrix)*/
i32Location = glGetUniformLocation(m_uiProgramObject, "myModelViewIT");
glUniformMatrix3fv( i32Location, 1, GL_FALSE, aModelViewIT);
/*设置光线向量*/
i32Location = glGetUniformLocation(m_uiProgramObject, "myLightDirection");
glUniform3f( i32Location, 0, 0, 1);
/*设置纹理对象*/
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, g_Covers[coverIndex].ui32TexID);
/*绑定顶点缓冲区对象VBO*/
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_ui32Vbo);
/*设置顶点属性变量，位置，纹理坐标，法线向量*/
glEnableVertexAttribArray(VERTEX_ARRAY);
glVertexAttribPointer(VERTEX_ARRAY, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, m_ui32VertexStride, 0);
glEnableVertexAttribArray(TEXCOORD_ARRAY);
glVertexAttribPointer(TEXCOORD_ARRAY, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, m_ui32VertexStride, (void*) (3 * sizeof(GLfloat)) /* Uvs start after the vertex position */);
glEnableVertexAttribArray(NORMAL_ARRAY);
glVertexAttribPointer(NORMAL_ARRAY, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, m_ui32VertexStride, (void*) (5 * sizeof(GLfloat)) /* Normals start after the position and uvs */);
/*绘制Mesh*/
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, ulVertexNum);
/*取消绑定*/
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
}
当物体的个数越来越多时，由于gl函数调用的次数成倍增多，性能下降的就会越来越厉害。当然可以通过CPU端的遮挡查询和LOD层次模型进行优化，但是总的来说，可优化的空间不大。
OpenGL ES 3.0的多实例渲染特性引入了两个函数：
void glDrawArraysInstanced (GLenum mode, GLint first, GLsizei count, GLsizei primcount);
void glDrawElementsInstanced (GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const GLvoid* indices, GLsizei primcount);
分别对应OpenGL ES 2.0的glDrawArrays()和glDrawElements()，唯一的差别就是最后的参数primcount。primcount代表的实例个数，而glDrawArraysInstanced()和glDrawElementsInstanced()的含义就是针对每一个实例绘制一遍网格，共绘制primcount遍。
这有什么用？在同一位置绘制了N遍，那和绘制一遍的效果是一模一样的。
于是，OpenGL ES3.0在它的顶点着色器中增加了一个内置输入变量：
gl_InstanceID，表示实例索引。于是，我们可以在顶点着色器中使用该变量区分是哪个实例，从而得到相应的变换距阵、光线矢量（可优化成一致变量）、颜色、纹理等等数据，从而可以在一次绘制中完成整个场景渲染。过程如下：
/*第一步：把变换距阵，光线矢量等等所有的一致变量打包设置到着色器中*/
……;
/*第二步：绘制多实例(n个)*/
glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, ulVertexNum, n);
着色器中也需要相应修改。如此，极大减少了gl调用次数，性能会有极大提升。如果你够细心，可能会发现一个问题，那就是第一步不好实现，因为一般的GPU对uniform变量的个数是有限制的，当实例一多起来，打的包太大，根本放不下。对此有两种解法：
（1） 使用实例属性变量（vertex attribute divisor）；
（2） 使用一致缓冲区对象（uniform buffer objects）；
这两个都是OpenGL ES 3.0新增特性，具体待续。
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