GPU Gems 2 · Chapter 4. Segment Buffering

把空间相邻的重复实例排序并拼进 segment buffer，再按可见集合合并连续区间，减少 draw call，同时保留不重复的场景布局。

学习目标

实例化能减少建模工作，却不必然减少批次数。如果场景里有成百上千个小物体，每个物体都带着自己的变换、纹理或 vertex stream，驱动和 CPU 可能在真正画三角形之前就耗尽时间。

问题不在三角形太多，而在很多很小的实例把 CPU 和驱动拖进了状态切换。

的目标是把“许多独立实例”变成“一个可切片的大实例”。它不要求场景中的模型重复排列成规则网格，也不要求艺术家预先手工合并地图。

是这项技术的关键。可以把实例位置送进三维 k-d tree、octree 或其他空间结构，然后采用稳定的遍历顺序生成一维列表。只要实例列表没有变化，这一步通常只在加载期执行。

空间顺序不是为了改变物体位置，而是为了改变它们在大 buffer 中的邻接关系。相机看到一个局部区域时，附近实例更可能形成连续段，从而在一次 indexed draw 中覆盖更多物体。

排序只在实例列表改变时做；每帧的工作集中在可见性筛选和相邻区间合并。

会在构建期遍历空间排序后的实例，把每个模型变换到世界空间后写进一份 vertex/index buffer。每个实例在这份 buffer 中的起点、顶点数、索引起点和索引数都必须保存。

每个这样的记录就是一个。segment 让合并可逆：渲染器虽然提交的是大 buffer 的范围，但仍然知道哪些范围对应哪些原始实例，因此可以把视锥体外的对象排除掉。

先由原始实例得到，再映射到 segment 列表。遍历这些 segment 时，如果下一个可见 segment 紧跟在当前 range 后面，就扩展同一个 draw range；遇到不可见或不兼容的段，就结束当前 range。

segment 仍保留独立可见性；只有在大 buffer 中连续的可见段才适合合并。

这样做的输出应该与逐实例绘制相同：不可见实例不产生像素，可见实例保持原来的世界变换和材质含义。性能收益来自提交次数和状态变化下降，而不是牺牲独立剔除。

如果每个实例都有不同的 light map，顶点和索引虽然可以相邻，纹理绑定仍然会在它们之间插入状态切换。把这类状态差异转成坐标差异：构建每个 segment 时改写其 UV，让它采样 atlas 中自己的矩形区域。

如果每个实例都切换独立 light map，就无法随意合并；atlas 把状态切换收拢到坐标。

atlas 不是自动解决所有材质差异的魔法。透明模式、shader、采样器或不同渲染 pass 仍可能要求拆分；正确的合并条件是顶点布局和所有影响绘制的状态都兼容。

把实例数量调高，再打开可见性剔除。你可能会看到可见实例减少，却没有按相同比例减少 draw range，因为被剔除的段把剩余可见段切碎了。再改变空间叶大小，观察排序粒度如何影响连续性。

Segment buffering 实验

观察可见实例如何从大 buffer 中合并成 draw ranges。

实例数量：12空间叶大小：3剔除部分不可见实例

当前要提交 3 个 draw range。剔除越多不一定越少：若可见段被打散，合并机会会下降。

实验将 segment 简化成一维条带，但保留了真实流程的两个不变量：每个实例有自己的段记录，只有相邻可见段才能合并。真实系统还需要按材质、pass 和 atlas 区域分组。

问题 1｜三步实现　请为静态树林写出 segment buffering 的构建期和渲染期流程，并标出哪些步骤不应每帧重复。

问题 2｜剔除判断　一个不可见实例位于两个可见实例之间。为什么不能把三者无条件合成一个 draw range？

问题 3｜状态兼容　大 buffer 的几何连续，但每个实例使用独立 light map。你会先改索引还是先设计 texture atlas？为什么？

本章出现的专业名词，用大白话再讲一遍。