一、说明
对于海量而相近物体渲染，如果用buffer直接渲染，其庞大的存储数据将能把整个系统资源耗光。而可行的，用少量模式数据去生成临时显示的数据这样用少量局部变量就能在循环内部完成，本篇将阐述如何去实现。
二、实例化渲染
计算机图形学中的实例化是指使用一组几何体、着色器和纹理来绘制场景中对象的多个副本的技术。它用于减少渲染场景所需的绘制调用次数，从而显著提高渲染管道的性能。
实例化的主要优势之一是它允许图形处理器将多个绘制调用批量合并为一个调用，从而减少发出多个绘制命令的开销。这在渲染大量类似对象（如草、树或粒子）时尤其有用，因为这些对象会迅速累积并给图形处理器带来压力。
2.1 多样本实例步骤
要在 OpenGL 中实现实例化，可以使用 glDrawArraysInstanced 或 glDrawElementsInstanced 函数，该函数接受一个附加参数来指定要绘制的实例数。例如，以下代码演示了如何使用 glDrawArraysInstanced 绘制三角形的 100 个副本：
// 绑定顶点数组对象和顶点缓冲区对象
glBindVertexArray (vao);
glBindBuffer (GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
// 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer ( 0 , 3 , GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof ( float ), ( void *) 0 );
glEnableVertexAttribArray ( 0 );
// 绘制 100 个三角形实例
glDrawArraysInstanced (GL_TRIANGLES, 0 , 3 , 100 );
// 解除顶点数组对象和顶点缓冲区对象的绑定
glBindVertexArray ( 0 );
glBindBuffer (GL_ARRAY_BUFFER, 0 );
实例化还可用于改变每个实例的属性，例如其位置、旋转或颜色。这可以通过使用实例化顶点属性来实现，这些属性是使用 glVertexAttribDivisor 函数定义的。例如，以下代码演示了如何使用实例化顶点属性来改变每个三角形实例的位置：
// 绑定顶点数组对象和顶点缓冲区对象
glBindVertexArray (vao);
glBindBuffer (GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
// 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer ( 0 , 3 , GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof ( float ), ( void *) 0 );
glEnableVertexAttribArray ( 0 );
// 设置实例化的顶点属性指针
glBindBuffer (GL_ARRAY_BUFFER, instance_vbo);
glVertexAttribPointer ( 1 , 3 , GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof ( float ), ( void *) 0 );
glVertexAttribDivisor ( 1 , 1 );
glEnableVertexAttribArray ( 1 );
// 绘制 100 个三角形实例
glDrawArraysInstanced (GL_TRIANGLES, 0 , 3 , 100 );
// 解除顶点数组对象与顶点缓冲区对象的绑定
glBindVertexArray ( 0 );
glBindBuffer (GL_ARRAY_BUFFER, 0 );
实例化可用于多种应用，例如视频游戏、模拟和可视化工具。它对于以最小的开销渲染大量对象特别有用，使其成为优化图形应用程序性能的重要技术。
您还可以使用实例 ID来改变顶点着色器中每个三角形实例的位置。为此，您可以使用 gl_InstanceID 内置变量，它是一个 32 位整数值，表示当前实例 ID。
2.2 着色器
下面是如何使用 gl_InstanceID 变量来改变顶点着色器中每个三角形实例的位置的示例：
#version 330 core
layout (location = 0 ) in vec3 aPos;
layout (location = 1 ) in vec3 aOffset;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 project;
void main ()
{
// 使用实例ID来偏移三角形的位置
vec3 offset = aOffset * gl_InstanceID;
vec4 pos = model * vec4 (aPos + offset, 1.0 );
gl_Position = project * view * pos;
}
在此示例中，aPos 属性表示三角形的基准位置，aOffset 属性表示要应用于每个实例的偏移量。gl_InstanceID 变量用于乘以 aOffset 属性，以便每个三角形实例位于不同的位置。最后，pos 变量由模型、视图和投影矩阵转换，并将得到的 gl_Position 值传递给片段着色器进行渲染。
glVertexAttribDivisor 修改在单个绘制调用中渲染图元的多个实例时通用顶点属性前进的速率。如果除数为零，则槽索引处的属性每个顶点前进一次。如果除数非零，则每个渲染顶点集的除数实例该属性都会前进一次。如果属性的 GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_DIVISOR 值非零，则该属性被称为实例化属性。
索引必须小于 GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS 的值。
三、相关绘制函数对比
1.glDrawElements
glDrawElements 是一个 OpenGL 函数，用于绘制图元。它的原型如下：
void glDrawElements(GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const GLvoid *indices);
其中：
mode 是图元的类型，可以是点、线、三角形等。
count 是要绘制的索引数。
type 是索引的数据类型，可以是 GL_UNSIGNED_BYTE、GL_UNSIGNED_SHORT 或 GL_UNSIGNED_INT。
indices 指向索引数组的指针。
索引绘制的基本流程是：
创建一个索引数组，每个索引都指向一个顶点。
创建一个顶点缓冲对象（VBO）并绑定它。（分三步走glGenBuffers，glBindBuffer，glBufferData，在我的另一篇文章中会介绍）
将顶点属性指针指向顶点数据。（glVertexAttribPointer，在我的另一篇文章中会介绍）调用 glDrawElements 并传入索引数组。（由于已经绑定了数据，因此这里只需要传入索引数组）索引绘制的优点是可以使用一个顶点多次，从而减少顶点数据的存储和传输。
当我们想要绘制大量实例时，为了减少开销，可以使用glDrawElementsInstanced，可以将它们与程序中断和DMA方式（这两个是计算机组成原理的内容）进行类比。
2.glDrawElementsInstanced
glDrawElementsInstanced 是 OpenGL 图形渲染 API 中的一个函数。它用于使用索引指定顶点数据并在一次调用中渲染多个对象的实例。
这个函数的参数包括：
mode: 指定要渲染的图元类型，如 GL_TRIANGLES 和 GL_LINES。
count: 指定要渲染的元素（顶点）数量。
type: 指定元素数组缓冲区中值的类型，如 GL_UNSIGNED_BYTE 和 GL_UNSIGNED_INT。
indices: 指定索引存储位置的指针。
instancecount: 指定绘制索引几何图形的实例数。
它适用于渲染相同的对象的多个副本，其具有不同的位置、方向或其他属性，但顶点数据相同的场景。使用 glDrawElementsInstanced 的优势在于它允许 GPU 避免为每个实例复制顶点数据，这可以显著提高性能。
2.1glDrawArraysInstanced
glDrawArraysInstanced是OpenGL中的一个函数，它可以用来绘制多个相同的图形。该函数主要用于高效地绘制大量相同的静态图形，而不用每次绘制都重新设置绘制参数。
使用方法：
glDrawArraysInstanced(GLenum mode, GLint first, GLsizei count, GLsizei instanceCount);
mode: 指定绘制图形的类型，如 GL_TRIANGLES、GL_LINES 等。
first: 指定要绘制的第一个顶点的索引。
count: 指定要绘制的顶点数量。
instanceCount: 指定要绘制的实例数。
使用glDrawArraysInstanced可以在绘制相同的图形时大幅提升效率，而不用重复设置绘制参数。
如：
glDrawArraysInstanced(GL_TRIANGLES, 0, 3, 100);
这行代码就可以绘制100个三角形。
请注意，在使用glDrawArraysInstanced绘制多个相同图形时，需要通过顶点属性数组或者Uniform变量将每个实例的数据传递给顶点着色器。
3.glDrawElementsInstanced优秀的原因
glDrawElementsInstanced能提高效率是因为它能够让同一个顶点缓冲区中的顶点坐标和纹理坐标多次使用，而不是每次绘制都需要重新上传这些顶点坐标和纹理坐标。这样可以减少网络带宽的使用和消除重复的顶点数据上传，提高绘制效率。
4.glDrawElementsInstanced举例
glDrawElementsInstanced可以通过指定绘制的实例数量来多次使用同一个顶点缓冲区中的顶点坐标和纹理坐标。这个实例数量是在调用glDrawElementsInstanced时作为参数传入的。例如，如果你想绘制100个相同的三角形，你可以调用glDrawElementsInstanced(GL_TRIANGLES, 3, GL_UNSIGNED_INT, 0, 100)。这样就会绘制100个相同的三角形，而只需要使用一次顶点坐标和纹理坐标。
要使这100个三角形在不同位置，需要使用顶点着色器中的顶点属性数组和实例化属性数组。
顶点着色器中的顶点属性数组是用来描述一个单独的顶点的位置、颜色和纹理坐标。而实例化属性数组是用来描述不同实例之间的差异的。
具体实现是：
在顶点着色器中定义一个顶点属性数组，用来存储顶点的位置，纹理坐标等信息。
在顶点着色器中定义一个实例化属性数组，用来存储不同实例的位置信息。
在顶点着色器中使用这两个属性数组结合使用来计算出最终顶点坐标。
在绘制之前，使用glVertexAttribDivisor函数来指定每个实例化属性数组的属性值在多少个实例之间重复使用。
这样就可以在一个顶点缓冲区中的顶点坐标和纹理坐标多次使用，并且每次使用都可以在不同的位置上绘制出三角形。