什么是与api无关的顶点处理的好代码结构？

Question

目前，我和C#正在开发一个3D媒体引擎，我遇到了一个小难题。我已经弄清楚了我的渲染循环，我有一个很棒的插件架构和内容管理系统，甚至还有一个材料管道都计划好了。然后引擎计划使用DirectX和OpenGL (通过“渲染器”插件)，以及这两个API的可编程管道。

无论如何，在本周初，我开始了处理顶点的引擎抽象层的工作(我已经担心这个问题好几周了)。正如你们中的一些人所知道的，图形API之间的顶点处理是完全不相关或相同的。有点关系;)，但不是一样的。在OpenGL中处理顶点非常简单，您可以创建自定义顶点结构，将其发送到图形处理器，然后让着色器处理其余部分。这对于灵活的图形管线是完美的，OpenGL不需要知道每个顶点包含什么元素。另一方面，DirectX要求我们为每个顶点结构创建声明，然后将它们发送到图形处理器。

问题是，我不知道传递的是哪种类型的顶点结构，我肯定希望避免创建抽象层，该抽象层涉及通过枚举和一些抽象的'VertexDeclaration‘类声明顶点的每个元素；这将导致一些问题：

1)至少可以说，获取顶点元素是一件痛苦的事情。我可以使用一些'VertexSemantic‘来询问顶点'a - z’的位置，但是当处理很多像骨骼动画这样的顶点时，它可能会有很多开销。

2)考虑到引擎的主要关注点是“新手”，用户不是很友好。我希望用户能够创建自定义顶点和网格缓冲区，而不必声明大量对象，从而消耗宝贵的开发时间。

3)更多？

现在，我可以对属性做一些操作，然后在DirectX渲染器中为顶点结构创建声明。例如，继续创建一些枚举：

// for getting the format layout of the element
public enum ElementFormat
{
    Float, Float2, Float3, Byte, etc, etc
}
// for determining the 'usage' 
// (here is 'another' where DirectX limits vertex structures ><)
public enum ElementUsage
{
    Position, Normal, Color, TextureCoord, etc, etc
}

现在我可以创建一个属性，用户可以将其应用于顶点结构中每个元素的‘field’：

    public class VertexElementAttribute : Attribute
    {
        #region Properties
        /// <summary>
        /// Gets the total size (in bytes) of the element.
        /// </summary>
        public int Size
        {
            get;
            set;
        }
        /// <summary>
        /// Gets the number of values contained with-in the element.
        /// </summary>
        public int Count
        {
            get;
            set;
        }
        /// <summary>
        /// Gets the type semantic of the element.
        /// </summary>
        public ElementType Type
        {
            get;
            set;
        }
        /// <summary>
        /// Gets the usage semantic of the element.
        /// </summary>
        public ElementUsage Usage
        {
            get;
            set;
        }
        #endregion

        #region Init
        /// <summary>
        /// Creates a new vertex element attribute.
        /// </summary>
        /// <param name="count">The number of values contained within the element.</param>
        /// <param name="size">The total size (in bytes) of the element.</param>
        /// <param name="type">The type semantic of the element.</param>
        /// <param name="usage">The usage semantic of the element.</param>
        public VertexElementAttribute(int count, int size, ElementType type, ElementUsage usage)
        {
            Count = count;
            Size = size;
            Type = type;
            Usage = usage;
        }
        #endregion
    }

自定义顶点结构的示例如下：

public struct VertexPositionColor
{
    [VertexElement(3, sizeof(Vector3), ElementType.FLOAT3, ElementUsage.POSITION)]
    public Vector3 Xyz;
    [VertexElement(4, sizeof(Color), ElementType.FLOAT4, ElementUsage.COLOR)]
    public Color Rgba; 

    ... etc
}

这样就好了。在DirectX插件(渲染器)中，我只需创建一个实用程序类，它可以为每种结构类型创建语义，然后缓存数据，这样就不必为每个顶点重新创建声明。

我甚至可以向ELementUsage添加一个NONE枚举值，这样自定义值就可以用于任何意义上……但话又说回来，它们只能在OpenGL中工作，因为DirectX要求您标记每个顶点……除非我漏掉了什么。

我的问题：

有没有更好的方法(除了使用attirbutes)？有没有办法避免在DirectX中使用VertexDeclarations？关于“我的”问题，有没有什么你可能不明白的？

编辑：

使用属性的一个问题是从每个顶点获取元素数据。假设我想要得到网格缓冲区中每个顶点的位置。因为我使用了属性，所以我不能只做'vertex.Position'，我必须创建一个实用方法，它可以从顶点结构中提取字段引用，比如'Utility.GetElement( vertex，ElementUsage.POSITION)‘。此方法需要首先使用反射来查找属性，然后返回对字段值的引用。设置这个值甚至(我认为)是不可能的？

另一种方法是创建一个IElement接口并实现每个元素(Positon、Normal等)。接口可以有Name属性，我可以直接在继承的元素结构中返回，就像PositionElements的Name属性只返回"Positon“一样。

接下来，我可以将IElement数组放在顶点结构中，该结构包含AddElement(IElement)、GetElement(字符串名)、GetElement(整数索引)、Insert、Replace等方法。我将实现DirectX已知的所有元素，以便渲染器插件可以解析顶点结构来创建顶点声明数组。

这样做的问题是我不确定数组'[]‘是否可以用作顶点元素数据。比如，一个数组还包含哪些字节(如果有的话)会阻止我直接将顶点结构(包含IElement数组)传递给DirectX，然后再传递给GPU？

以这种方式实现它将是我需要它的绝对完美的方式。另一个问题是，IElement的继承类型(元素)是否可以是类，或者元素值是否必须是值类型？

Answer 1

我已经很长时间没有做过任何directx或opengl了，所以对我的建议持保留态度，但我记得不久前我做过这样的事情。

我想我做了这样的事情：

var graphicsStream = new GraphicsStream();

var elements = graphicsStream.Create<Vector3>(Usage.Position);
graphicsStream.Create<Color>(Usage.Color);
graphicsStream.Create<Quaternion>(Usage.Fribble);

elements.SetData(new[] { new Vector3(), new Vector3() });

var vertexFormat = graphicsStream.GetFormat();
graphicsStream.Validate();  // ensure all the streams have the same length

// get a particular element by type
var p = graphicsStream.GetData(Usage.Position, 1);

你会有一个图形流，它是一组应用了用法的类型化数据集。由此，您可以生成适当的顶点格式。API将允许您更改单个元素或一次性上载和替换整个顶点缓冲区。

最大的缺点是在顶点结构中没有一个表示“列”的结构。

我不知道这是不是你要找的东西。为什么这样的设计是不合适的？

Answer 2

你可以看看OGRE是如何处理这个问题的。特别是关于VertexElement和vertex buffer classes的The render system documentation。C#是C++，但我相信您可以轻松地将设计模式转换为OGRE。