Qt6.1教程：Qt Quick3D渲染实例

Qt是一个跨平台框架，通常用作图形工具包，它不仅创建CLI应用程序中非常有用。而且它也可以在三种主要的台式机操作系统以及移动操作系统（如Symbian，Nokia Belle，Meego Harmattan，MeeGo或BB10）以及嵌入式设备，Android（Necessitas）和iOS的端口上运行。现在我们为你提供了免费的试用版。

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QtQuick3D在Qt 6.1中引入了对实例渲染的支持。这是图形处理器（GPU）的一项功能，可以极大地提高性能。实例化渲染可以通过一次绘制调用来渲染大量项目。（对于熟悉低级OpenGL的人来说，函数glDrawElementsInstanced是一个示例。）

在我的开发机器上使用这个新的实例功能，QtQuick3D可以以每秒60帧(FPS)的速度渲染一百万个立方体，仅使用2%的CPU时间。同样的场景在Qt 6.0中使用API重新创建，使用Repeater3D生成立方体，在一万个立方体时开始挣扎：只能管理42 FPS，并且使用100%的CPU。

下面是上图所示的简单例子的源代码，创建一个场景，显示20000个位置、颜色和旋转随机的金属甜甜圈形状。

import QtQuick3D
import QtQuick3D.Helpers
import QtQuickWindow {width: 800height: 450visible: trueView3D {anchors.fill: parentcamera: cameraenvironment: SceneEnvironment {backgroundMode: SceneEnvironment.SkyBoxlightProbe: Texture {source: "skybox.hdr"}probeExposure: 3}PerspectiveCamera {id: cameraposition: Qt.vector3d(0, 300, 500)eulerRotation.x: -25}DirectionalLight {eulerRotation.x: -30eulerRotation.y: -70}RandomInstancing {id: randomTableinstanceCount: 20000position: InstanceRange { from: Qt.vector3d(-5000, -2000, -9000); to: Qt.vector3d(5000, 200, 500) }rotation: InstanceRange { from: Qt.vector3d(20, 0, -45); to: Qt.vector3d(60, 0, 45) }color: InstanceRange { from: Qt.rgba(0.1, 0.1, 0.1, 1); to: Qt.rgba(1, 1, 1, 1) }}Model {instancing: randomTablesource: "torus.mesh"materials: PrincipledMaterial { metalness: 1.0; roughness: 0.2; baseColor: "#ffffff" }}              }
}

API

实例化API的主要原理是明确的。它不会尝试自动检测现有API中实例化的机会。

起点是Instancing对象：一个定义如何呈现每个副本的表。修改是变换（位置，旋转和比例）；颜色（与模型材料混合）；以及可用于自定义材料的自定义数据。在6.1中，有两种现成的QML类型：

InstanceList允许您枚举所有实例并绑定到每个实例的属性。
如上所示，RandomInstancing提供了一种快速测试和原型化的方法。

其他种类的实例表可以使用C ++ API轻松定义。我们将在以后的版本中添加其他QML实例化表。可能包括由数据模型定义的表，以及从外部源读取的表。

一旦定义了表，就可以通过设置其实例化属性将其应用于模型。单个表可以同时与多个不同模型一起使用。

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，例如基于物理的渲染的变量，骨骼动画权重，变形或可以用自定义材质表达的任何其他内容。当前，实例化表中的自定义数据被限制为四个浮点数。

Qt 6.1中的custominstancing示例使用自定义材料和用C ++实现的实例表来绘制一个复杂的场景，该场景仅包含一个重复了多次的单个多维数据集：

权衡取舍

谁不希望性能提高100倍？我们应该把所有事情都实例化吗？当然，实例化并非万能的灵丹妙药，它也不总是适合这项工作的合适工具。以下是一些注意事项：

首先：实例化是指使用定义明确的修改来渲染同一模型的大量副本。当绘制少量非常不同的东西时，它将无济于事。
主要的改进是在CPU和内存使用方面。GPU的性能好坏参半：我们通过减少绘制调用的次数以及可能的数据量来获得改进，但是顶点着色器更加复杂，因为它需要在每个实例中进行多次转换。
渲染单个模型时，QtQuick3D将分别对不透明和半透明的对象进行排序，并以最佳顺序对其进行渲染。使用实例化时，GPU将按照实例化表指定的顺序进行渲染，而QtQuick3D不会为您对该表进行排序。这样可以节省大量CPU时间，但有两个后果：
- 不透明的对象将不会以最佳顺序进行渲染，这意味着同一像素可能会被多次写入，从而导致片段着色器进行更多工作，并可能使性能变差
- 对于半透明的对象，仅当项目从前向后渲染时，混合才是正确的。如果副本之间的重叠不太多，或者每个副本的不透明度很低，那么这可能不是一个大问题。但是，在最坏的情况下，它可能看起来像这样：

技术预览

Qt 6.1中的技术预览中提供了实例化，Qt 6.2中将完全支持实例化。我们不打算对API进行重大更改，但是根据您的反馈可能会进行较小的更改。二进制兼容性可能不会保留：最有可能更改的部分是，当前GPU实例化表的二进制布局已反映在公共C ++ API中。
如果您正在考虑将实例渲染与Qt 6.2一起使用，那么现在是开始的最佳时机。您的代码最多只需要很小的修改，您的反馈就可以帮助我们改进Qt 6.2，从而更好地支持您的用例。

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