引言：
最近剛好有個專案要用到這個技術，就學習了下dxsdk的sample裡面的instancing10。
例項化的技術是利用多個頂點緩衝區有效的合併，減少draw call的次數，從而有效的提高程式的效能。例項化比較適合於相同物體的重複渲染，例如粒子系統，草被模擬等等。
本文實現了乙個非常簡單，甚至簡陋的例項化的demo。雖然demo非常簡單，但是例項化的每個必要的元素都已經被體現出來了。相對於dx的sample而言簡單的多，不過同樣可以把這個技術簡單解釋清楚。
正文：
例項化適合於相同物體的反覆渲染，例如草，粒子系統等。傳統的渲染方法中，相同物體由於一些細節不同，例如位置，顏色等資訊，使得draw call被迫呼叫多次。對於很小的元素，例如草，可能視野裡面會有上萬根草，那麼如果僅僅因為紋理，方向甚至位置不同，就必須呼叫上萬次drawcall，從而嚴重降低了程式的效能。利用例項化技術，雖然這些mesh在一些簡單的細節上有不同，但是大體上還是一致的，所以可以僅僅用乙個draw call就可以把所有的mesh渲染出來，這樣節省了cpu與gpu之間的頻寬，非常高效。
下面是這次demo的截圖：
這個demo的畫面非常簡單，就是乙個靜態的粒子集合的渲染。但是所有的球體都是利用乙個draw call渲染出來的，就是說每一幀只draw一次。那麼下面我簡單介紹下這個技術的基本原理：
首先需要了解的乙個概念是ia(input assembler)。在vertexshader之前，我們的輸入是乙個或者幾個頂點緩衝區，而這些頂點緩衝區並不是vs的輸入，事實上vs的輸入是經過ia處理後的資訊。ia實際上是不可以程式設計的，它就像乙個狀態機一樣，只能設定簡單的幾個狀態，但是由於不同的應用程式對於ia的要求基本都一致，所以完全沒有可程式設計的必要。ia的目的就是根據頂點緩衝區，圖元拓撲結構以及輸入的資料格式(layout)生成vs所需要的資訊。我們在渲染任何物體之前，都需要為ia設定好這幾個狀態，分別是通過iasetinputlayout，iasetvertexbuffers，iasetprimitivetopology來搞定的。
在簡單的了解了ia之後，我們來看一下instancing的基本思想。其實，例項化就是通過把每個例項的不同的資訊儲存在緩衝（可能是頂點緩衝，常量buffer等）裡面，然後利用過個頂點緩衝區來設定，從而使生成的每個頂點都包含有自己custom的資料定義。舉個簡單的粒子，我們看到這個程式中的每個球體的位置是不同的。按照傳統的做法，偽**如下:
for( i : 0 to spherenum )上面的方法，也是最笨拙的方法。僅僅因為每次的draw call呼叫中world matrix不同，就必須呼叫多次。而其實每次的呼叫都是很相似的。其實我們在set world matrix的時候，我們更新的是某乙個constant value。從巨集觀的角度上來說，就是通過constant value來設定球體的位置資訊。但是既然我們可以描述每個頂點的法線，紋理座標等資訊，我們完全可以為每個頂點描述world matrix資訊，其實就是在vs的輸入裡面多加乙個float4而已（這裡我只用了float4，因為球體不需要旋轉。如果需要旋轉的話，完全可以加四個float4組成乙個matrix）。下面的問題是，我們怎麼樣利用ia生成我們想要的資訊：
假設我們需要渲染100個球體，每個球體256個三角形。那麼我們不可能在cpu端寫入256*100個三角形的頂點資料，因為這樣以來，從cpu到gpu端的傳輸代價會非常大，而這些代價完全可以避免（當然，這裡面如果預處理的話，這些代價也可以無視，但是這種方法實際上相當於用cpu去做gpu擅長的事情，**看著很不舒服）。那麼實際上我們應該怎麼做呢？其實也很簡單，dx10幫我們提供了非常友好的介面。
這個demo裡面需要兩個頂點緩衝區，乙個來描述球體的頂點資訊，256個三角形而已（768個頂點）。另乙個用來描述位置資訊，100個頂點而已。兩個加起來還不到1k個頂點，相對於上面的768000個頂點少了上千倍。這些資料是要走pcie匯流排的！那麼似乎上面的資訊無法描述這麼多個球體，但是通過ia處理之後，我們完全可以達到同樣的效果。唯一需要設定的就是input layout。
//the vertex layout利用上面連個頂點緩衝，我們要設定如上的layout。第乙個element描述的是球體的頂點資訊。第二個element描述的是位置資訊。我們注意到第五個引數，d3d10_input_per_vertex_data/d3d10_input_per_instance_data，這裡面如果是前者，ia會把頂點緩衝中的每個頂點當做頂點處理。而如果是後者，ia實際上是把頂點緩衝區中的每個元素當做例項來處理的。那麼最後ia可以為我們生成 numberofvertex * numberofinstance 個頂點資料，這也正是我們想要的資料。d3d10_input_element_desc layout =
, };
有了這些資料，我們就可以進行頂點處理了。看看vs中有什麼變化：
//the input struct of the vertex shader很簡單的乙個vs。但是這裡我們注意加粗體的一行，這裡我們為每個頂點變換的矩陣是viewprojectionmatrix。我們沒有做worldmatrix變換，原因很簡單，是因為我們根本就沒有worldmatrix這樣乙個常量。我們每個頂點的world matrix都已經儲存到了頂點結構中的vtransform中了。實際上input.vposition + input.vtransform就相當於做了world matrix的變換了。struct vs_input
;//the default vertex shader
vs_output defaultvertexshader( vs_input input )
通過上面的步驟，就可以渲染出來不同位置的球體了。但是我們注意到，vs的input裡面並沒有color這一屬性，為什麼球體會有不同的顏色呢？其實球體的顏色資訊是儲存到了constant array中的，因為簡單的幾種顏色就可以滿足人的視覺需求了，完全沒有必要每個球體都生成不同的顏色。所以這裡面我只生成了8中基本的顏色。每個頂點中是有uinstanceid的屬性的，通過對於這個屬性求模運算，我們可以為每個球體選擇出相應的顏色。這裡的uinstanceid是ia為我們生成的，而不是我們自己寫入的資料。
有了這些處理，我們就可以實現乙個簡單的例項化的demo了，下面是源**：
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