游戏引擎中的多渲染器的设计与实现（1）

游戏引擎中的多渲染器的设计与实现（1）

很多游戏引擎都提供了多种渲染器（DirectX，OpenGL，Software），甚至是多种平台（Windows，Linux，Mac），这对于引擎的设计和实现来说是一个很大的挑战，尤其是多渲染器，又要考虑到效率，又要考虑到通用，又要发挥每种渲染器的特点，这的确是一道天堑。这里讨论的原则很简单: 1. Keep it simple; 2. Make it work first.

先看一下Ogre使用的方法。Ogre中各个模块是使用的插件式的设计“组合”在一起的，你可以在Ogre的基础上加入你自己写的渲染器，而不需要开动其他的代码（甚至是OgreMain引擎的主体部分的代码）。有很多的软件的架构都采用的类似的插件，最有名的像IDE Eclipse, 引擎有如Unreal 2， Unreal 3等。写一个渲染器的插件并不很难，但是设计非插件的引擎内核是十分困难的。如果引擎的内核在初期没有设计好，在后期没有办法进行过多的修改；当然，如果设计得很好，那么对引擎进行功能的扩充或修改将是非常方便的（Unreal 2 就是使用了插件式的设计，在开发到中期后改掉了原来自己开发的物理模块，而是使用了Novodex）。

另外一种方法是将渲染器的种类作为引擎的主模块构造函数（或者相关的初始化功能的函数）的参数。比如Irrilicht中就是用的这种方法，Irrilicht中，有一个CVideoNull纯虚类，不同的渲染器都继承于这个类；引擎的主模块有一个类CIrrDeviceWin32，其构造函数为：

CIrrDeviceWin32(video::E_DRIVER_TYPE deviceType,

                   const core::dimension2d<s32>& windowSize, u32 bits,

                   bool fullscreen, bool stencilbuffer, bool vsync, IEventReceiver* receiver,

                   const wchar_t* version);

其中E_DRIVER_TYPE为枚举类型，用来表示渲染器的类型。然后在构造函数的实现中，用switch来进行初始化基类渲染器。这种方法的缺点是，引擎框架在物理上，逻辑上存在循环依赖（这里指的是代码层面，也即编译层面上的依赖关系），主引擎部分依赖于各个渲染器，而各个渲染器又依赖于主引擎的其他部分。在编译时，这种设计的代价是巨大的。

使用动态链接库是解决这个问题的方法之一，同时这也是插件式设计的实现手段（在linux中，有相应的机制shared object，由于我之前没有接触过linux上的编程，所以这里的讨论仅限于windows平台）。将原来的主引擎的构造函数中的代码改一下，依然还是用switch进行不同的渲染器的选择，只不过是调用不同的.dll来进行基类函数的构造。比如在ogre中，每一个渲染器都有一个导出到.dll的模块定义文件（.def文件），比如directx的渲染器中的.def文件的定义如下：

LIBRARY RenderSystem_Direct3D9

EXPORTS 

                   dllStartPlugin @1

              dllStopPlugin  @2

其中dllStartPlugin和dllStopPlugin 分别是创建和析构渲染器的函数，具体的定义为：

namespace Ogre

{

     D3D9RenderSystem* d3dRendPlugin;

     D3D9HLSLProgramFactory* hlslProgramFactory;

     extern "C" void dllStartPlugin(void) throw()

     {

         // Create the DirectX 8 rendering api

         HINSTANCE hInst = GetModuleHandle( "RenderSystem_Direct3D9.dll" );

         d3dRendPlugin = new D3D9RenderSystem( hInst );

         // Register the render system

         Root::getSingleton().addRenderSystem( d3dRendPlugin );

        // create & register HLSL factory

        hlslProgramFactory = new D3D9HLSLProgramFactory();

        HighLevelGpuProgramManager::getSingleton().addFactory(hlslProgramFactory);

     }

     extern "C" void dllStopPlugin(void)

     {

         delete d3dRendPlugin;

         delete hlslProgramFactory;

     }

}

其中Root::getSingleton().addRenderSystem( d3dRendPlugin )就是将生成的渲染器作为插件，“插”到主引擎中。在主引擎中，对应的部分为：

void Root::loadPlugin(const String& pluginName)

     {

         // Load plugin library

        DynLib* lib = DynLibManager::getSingleton().load( pluginName );

         // Store for later unload

         mPluginLibs.push_back(lib);

         // Call startup function

         DLL_START_PLUGIN pFunc = (DLL_START_PLUGIN)lib->getSymbol("dllStartPlugin");

         if (!pFunc)

              OGRE_EXCEPT(Exception::ERR_ITEM_NOT_FOUND, "Cannot find symbol dllStartPlugin in library " + pluginName,

                   "Root::loadPlugins");

         pFunc();

         if (mIsInitialised)

         {

              // initialise too

              DLL_INIT_PLUGIN pFunc = (DLL_INIT_PLUGIN)lib->getSymbol("dllInitialisePlugin");

              if (pFunc)

              {

                   pFunc();

              }

         }

     }

这样就完成了Root::getSingleton().addRenderSystem( d3dRendPlugin )。