查詢對(duì)象和異步查詢(Query Objects and Asynchronous Queries)

Query Objects（查詢對(duì)象）是OpenGL中的一種機(jī)制，用于獲取有關(guān)一系列GL命令處理過(guò)程的信息。這些信息可以包括：

1. 繪圖命令處理的圖元數(shù)量。
2. 寫入變換反饋緩沖區(qū)的圖元數(shù)量。
3. 在片段處理期間通過(guò)深度測(cè)試的樣本數(shù)量。
4. 處理命令所需的時(shí)間量。

通過(guò)使用查詢對(duì)象，OpenGL應(yīng)用程序可以動(dòng)態(tài)地獲取有關(guān)圖形渲染過(guò)程的各種性能指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)信息。這些信息對(duì)于性能優(yōu)化、調(diào)試和分析應(yīng)用程序的渲染流程非常有用。

使用查詢對(duì)象的一般步驟如下：

1. 創(chuàng)建查詢對(duì)象：通過(guò)調(diào)用OpenGL的API函數(shù)，可以創(chuàng)建一個(gè)查詢對(duì)象，并指定要查詢的信息類型。
2. 開始查詢：在需要獲取信息的地方，通過(guò)調(diào)用OpenGL的API函數(shù)，開始一個(gè)查詢操作。
3. 執(zhí)行一系列GL命令：在開始查詢和結(jié)束查詢之間，執(zhí)行一系列的GL命令，這些命令可以是繪圖命令、變換反饋命令、深度測(cè)試命令等。
4. 結(jié)束查詢：在執(zhí)行完一系列GL命令后，通過(guò)調(diào)用OpenGL的API函數(shù)，結(jié)束查詢操作。
5. 獲取查詢結(jié)果：通過(guò)調(diào)用OpenGL的API函數(shù)，可以獲取查詢對(duì)象的結(jié)果，這些結(jié)果包含了在查詢期間收集的有關(guān)圖形處理過(guò)程的信息，比如處理的圖元數(shù)量、通過(guò)的樣本數(shù)量等。

使用查詢對(duì)象可以幫助開發(fā)人員更好地了解和優(yōu)化他們的OpenGL應(yīng)用程序的性能特征，從而提高圖形渲染的效率和質(zhì)量。

查詢類型

OpenGL 支持的查詢類型包括：

1. 圖元生成查詢：目標(biāo)為 PRIMITIVES_GENERATED，用于返回通過(guò) OpenGL 處理的圖元數(shù)量。同時(shí)激活的此類查詢最多可達(dá) MAX_VERTEX_STREAMS 個(gè)。

2. 變換反饋寫入的圖元查詢：目標(biāo)為 TRANSFORM_FEEDBACK_PRIMITIVES_WRITTEN，用于統(tǒng)計(jì)被寫入一個(gè)或多個(gè)緩沖對(duì)象中的圖元數(shù)量。同時(shí)激活的此類查詢同樣不得超過(guò) MAX_VERTEX_STREAMS 個(gè)。

3. 變換反饋溢出查詢：目標(biāo)為 TRANSFORM_FEEDBACK_OVERFLOW 或 TRANSFORM_FEEDBACK_STREAM_OVERFLOW，用于報(bào)告一個(gè)或多個(gè)流是否存在變換反饋溢出情況。

4. 遮擋查詢：目標(biāo)為 SAMPLES_PASSED、ANY_SAMPLES_PASSED 或 ANY_SAMPLES_PASSED_CONSERVATIVE，用于計(jì)數(shù)通過(guò)深度測(cè)試的片段或樣本數(shù)量，或者設(shè)置布爾值以表示是否至少有一個(gè)片段或樣本通過(guò)了深度測(cè)試。同時(shí)只能激活一個(gè)此類查詢。

5. 時(shí)間流逝查詢：目標(biāo)為 TIME_ELAPSED，記錄完成一系列命令所需的完整時(shí)間。同時(shí)只能激活一個(gè)此類查詢。

6. 時(shí)間戳查詢：目標(biāo)為 TIMESTAMP，記錄當(dāng)前 OpenGL 的時(shí)間。同時(shí)只能激活一個(gè)此類查詢。

7. 提交查詢：目標(biāo)為 VERTICES_SUBMITTED 和 PRIMITIVES_SUBMITTED 分別返回傳輸?shù)?OpenGL 的頂點(diǎn)數(shù)量和圖元數(shù)量信息。

8. 頂點(diǎn)著色器查詢：目標(biāo)為 VERTEX_SHADER_INVOCATIONS，返回頂點(diǎn)著色器被調(diào)用的次數(shù)。

9. 曲面細(xì)分著色器查詢：目標(biāo)為 TESS_CONTROL_SHADER_PATCHES 和 TESS_EVALUATION_SHADER_INVOCATIONS，分別返回曲面細(xì)分控制著色器處理的補(bǔ)丁數(shù)量和曲面細(xì)分評(píng)估著色器被調(diào)用的次數(shù)。

10. 幾何著色器查詢：目標(biāo)為 GEOMETRY_SHADER_INVOCATIONS 和 GEOMETRY_SHADER_PRIMITIVES_EMITTED，分別返回幾何著色器被調(diào)用的次數(shù)以及它發(fā)射的圖元數(shù)量。

11. 圖元裁剪查詢：目標(biāo)為 CLIPPING_INPUT_PRIMITIVES 和 CLIPPING_OUTPUT_PRIMITIVES，分別返回在圖元裁剪階段處理的圖元數(shù)量和由圖元裁剪階段輸出并進(jìn)一步被光柵化階段處理的圖元數(shù)量。

12. 片段著色器查詢：目標(biāo)為 FRAGMENT_SHADER_INVOCATIONS，返回片段著色器被調(diào)用的次數(shù)。

13. 計(jì)算著色器查詢：目標(biāo)為 COMPUTE_SHADER_INVOCATIONS，返回計(jì)算著色器被調(diào)用的次數(shù)。

查詢對(duì)象創(chuàng)建和激活

異步查詢的結(jié)果不會(huì)在集合中的最后一個(gè)命令完成后立即由GL返回；在查詢結(jié)果完全就緒之前，可以處理后續(xù)命令。一旦可用，查詢結(jié)果將存儲(chǔ)在相關(guān)聯(lián)的查詢對(duì)象中。第4.2.3節(jié)描述的命令提供了確定查詢結(jié)果何時(shí)可用并返回查詢的實(shí)際結(jié)果的機(jī)制。查詢對(duì)象的名稱空間是無(wú)符號(hào)整數(shù)，其中零被GL保留。

void glGenQueries( sizei n, uint *ids )

命令在ids中返回n個(gè)先前未使用的查詢對(duì)象名稱。這些名稱被標(biāo)記為已使用，僅用于GenQueries，但在它們首次被BeginQuery、BeginQueryIndexed或QueryCounter使用之前，它們不與任何對(duì)象關(guān)聯(lián)。

void glCreateQueries( enum target, sizei n, uint *ids )

glCreateQueries在ids中返回n個(gè)先前未使用的查詢對(duì)象名稱，每個(gè)名稱表示具有指定目標(biāo)的新查詢對(duì)象。目標(biāo)必須是 **查詢類型** 中描述的查詢對(duì)象目標(biāo)之一。生成的查詢對(duì)象的初始狀態(tài)是結(jié)果已標(biāo)記為可用（查詢對(duì)象的QUERY_RESULT_AVAILABLE的值為TRUE），并且結(jié)果值（QUERY_RESULT的值）為零。

void glDeleteQueries( sizei n, const uint *ids )

ids包含要?jiǎng)h除的n個(gè)查詢對(duì)象的名稱。刪除查詢對(duì)象后，其名稱再次變?yōu)槲词褂?。如果刪除了活動(dòng)查詢對(duì)象，則其名稱立即變?yōu)槲词褂?#xff0c;但底層對(duì)象直到不再處于活動(dòng)狀態(tài)（參見(jiàn)第5.1節(jié)）才會(huì)被刪除。對(duì)于GenQueries目的而標(biāo)記為已使用的ids中的未使用名稱將再次標(biāo)記為未使用。未使用的ids中的名稱將被靜默忽略，零值也將被靜默忽略。

在OpenGL中，除TIMESTAMP類型的計(jì)時(shí)器查詢外，對(duì)于支持的每種查詢類型，針對(duì)每個(gè)可能激活的查詢，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的活動(dòng)查詢對(duì)象名稱。如果這個(gè)活動(dòng)查詢對(duì)象名稱非零，則表示OpenGL當(dāng)前正在追蹤相關(guān)的信息，并且查詢結(jié)果會(huì)被記錄到該查詢對(duì)象內(nèi)。

反之，如果活動(dòng)查詢對(duì)象名稱為零，則意味著未追蹤此類信息。

創(chuàng)建并激活查詢對(duì)象可以使用以下命令：

void glBeginQueryIndexed( enum target, uint index, uint id )

• target 參數(shù)指定了要執(zhí)行的查詢類型，后續(xù)章節(jié)將詳細(xì)介紹其有效值。
• 如果id是一個(gè)未使用的查詢對(duì)象名稱，則該名稱會(huì)被標(biāo)記為已使用，并與指定目標(biāo)類型的新的查詢對(duì)象關(guān)聯(lián)起來(lái)。否則，id必須是現(xiàn)有且同類型查詢對(duì)象的名稱。請(qǐng)注意，通過(guò)ANY_SAMPLES_PASSED或ANY_SAMPLES_PASSED_CONSERVATIVE兩種目標(biāo)指定的遮擋查詢對(duì)象，在未來(lái)的查詢中可以重用于這兩種目標(biāo)中的任何一種。而由SAMPLES_PASSED目標(biāo)指定的對(duì)象只能重用于該目標(biāo)。
• index 參數(shù)是查詢的索引，其值必須在0和目標(biāo)特定的最大值之間。
• 無(wú)論id是否為新創(chuàng)建的查詢對(duì)象，其狀態(tài)都將被設(shè)置為結(jié)果不可用（查詢對(duì)象的QUERY_RESULT_AVAILABLE值為FALSE），并且結(jié)果值（QUERY_RESULT）初始化為零。
• 對(duì)于給定的target和index，其對(duì)應(yīng)的活動(dòng)查詢對(duì)象名稱會(huì)被設(shè)置為id。

void glBeginQuery( enum target, uint id )

• 等價(jià)于 glBeginQueryIndexed(target, 0, id);

void glEndQueryIndexed( enum target, uint index )

• 標(biāo)記了由target和index指定的活動(dòng)查詢要跟蹤的命令序列的結(jié)束。target和index的含義與BeginQueryIndexed中相同。

• 相應(yīng)的活動(dòng)查詢對(duì)象被更新以指示查詢結(jié)果不可用，并且target和index的活動(dòng)查詢對(duì)象名稱被重置為零。當(dāng)在EndQueryIndexed調(diào)用時(shí)發(fā)出的命令完成并且最終查詢結(jié)果可用時(shí)，被調(diào)用時(shí)活動(dòng)的查詢對(duì)象被更新以包含查詢結(jié)果，并指示查詢結(jié)果可用。

void glEndQuery( enum target )

• 等價(jià)于 glEndQueryIndexed(target, 0);

---

查詢對(duì)象包含兩部分狀態(tài)信息：

1. 一個(gè)單比特位，用于指示查詢結(jié)果是否可用。
2. 一個(gè)整數(shù)，用于存儲(chǔ)查詢結(jié)果的值。這個(gè)表示查詢結(jié)果所使用的比特位數(shù)量（n）是實(shí)現(xiàn)依賴的，并且可以按照4.2.3節(jié)中描述的方式確定。

查詢對(duì)象的初始狀態(tài)取決于它是通過(guò)`CreateQueries`還是`BeginQueryIndexed`創(chuàng)建的，如上所述。如果查詢結(jié)果發(fā)生溢出（即超過(guò)2^n - 1的值），其值將變?yōu)槲炊x。盡管不是必需的，但建議實(shí)現(xiàn)能夠通過(guò)在達(dá)到2^n - 1時(shí)飽和并停止增加的方式來(lái)處理這種溢出情況。對(duì)于每個(gè)可能的活動(dòng)查詢目標(biāo)和索引，都需要維護(hù)的狀態(tài)包括：一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)，用于保存活動(dòng)查詢對(duì)象名稱（如果沒(méi)有活動(dòng)查詢對(duì)象，則為零）；以及任何保持正在進(jìn)行的異步查詢當(dāng)前結(jié)果所需的狀態(tài)。同一時(shí)間內(nèi)只允許一種遮擋查詢類型處于活動(dòng)狀態(tài)，因此遮擋查詢所需的必要狀態(tài)會(huì)被共享。

boolean glIsQuery( uint id )

用于檢查給定的ID（id）是否為一個(gè)查詢對(duì)象的名稱。

void glGetQueryIndexediv( enum target, uint index, enum pname, int *params )

查詢有關(guān)活動(dòng)查詢對(duì)象的信息

• target 和 index 指定了要查詢的活動(dòng)查詢，其含義與 BeginQueryIndexed 中相同。

• 如果 pname 設(shè)置為 CURRENT_QUERY，則當(dāng)前為 target 和 index 指定的活動(dòng)查詢對(duì)象名稱（如果有活動(dòng)查詢的話），將被放置在 params 指向的內(nèi)存中。若目標(biāo)為 TIMESTAMP，則始終返回0。

• 若 pname 設(shè)為 QUERY_COUNTER_BITS，則忽略 index 參數(shù)，并將在 params 中放置目標(biāo)查詢類型的實(shí)現(xiàn)依賴的查詢結(jié)果所使用的比特位數(shù)。查詢計(jì)數(shù)器的比特位數(shù)量可能為0，這意味著計(jì)數(shù)器不包含有用信息。

對(duì)于不同類型的查詢對(duì)象，如果對(duì)應(yīng)的比特位數(shù)非零，則它們至少應(yīng)具備以下最低位數(shù)要求：

• 基本圖元查詢（PRIMITIVES_GENERATED和TRANSFORM_FEEDBACK_PRIMITIVES_WRITTEN）：至少32位。
• 變換反饋溢出查詢（TRANSFORM_FEEDBACK_OVERFLOW和TRANSFORM_FEEDBACK_STREAM_OVERFLOW）：至少1位。
• 遮擋查詢（ANY_SAMPLES_PASSED或ANY_SAMPLES_PASSED_CONSERVATIVE）：至少1位。針對(duì)SAMPLES_PASSED目標(biāo)的遮擋查詢，至少需要32位。
• 計(jì)時(shí)器查詢（TIME_ELAPSED和TIMESTAMP）：至少30位，確保至少能測(cè)量一秒的時(shí)間。
• 管道統(tǒng)計(jì)查詢（VERTICES_SUBMITTED、PRIMITIVES_SUBMITTED、VERTEX_SHADER_INVOCATIONS、TESS_CONTROL_SHADER_PATCHES、TESS_EVALUATION_SHADER_INVOCATIONS、GEOMETRY_SHADER_INVOCATIONS、FRAGMENT_SHADER_INVOCATIONS、COMPUTE_SHADER_INVOCATIONS、GEOMETRY_SHADER_PRIMITIVES_EMITTED、CLIPPING_INPUT_PRIMITIVES和CLIPPING_OUTPUT_PRIMITIVES）：至少32位。

void glGetQueryiv( enum target, enum pname, int *params )

等價(jià)于 glGetQueryIndexediv(target, 0, pname, params);

---

查詢對(duì)象的狀態(tài)可以通過(guò)以下命令進(jìn)行查詢

void GetQueryObjectiv( uint id, enum pname, int *params );
void GetQueryObjectuiv( uint id, enum pname, uint *params );
void GetQueryObjecti64v( uint id, enum pname, int64 *params );
void GetQueryObjectui64v( uint id, enum pname, uint64 *params );
void GetQueryBufferObjectiv( uint id, uint buffer, enum pname, intptr offset );
void GetQueryBufferObjectuiv( uint id, uint buffer, enum pname, intptr offset );
void GetQueryBufferObjecti64v( uint id, uint buffer, enum pname, intptr offset );
void GetQueryBufferObjectui64v( uint id, uint buffer, enum pname, intptr offset );

其中：

• id 是一個(gè)查詢對(duì)象的名稱。
• 對(duì)于 GetQueryBufferObject* 函數(shù)，buffer 是緩沖區(qū)對(duì)象的名稱，而 offset 是緩沖區(qū)內(nèi)寫入查詢值的偏移量。
• 對(duì)于 GetQueryObject* 函數(shù)，查詢值可以被返回到客戶端內(nèi)存中，也可以寫入到緩沖區(qū)對(duì)象中。如果當(dāng)前綁定到查詢結(jié)果緩沖區(qū)綁定點(diǎn)（見(jiàn)第6.1節(jié)中的 QUERY_RESULT）的是零，則 params 被視為指向客戶端內(nèi)存的一個(gè)指針，在該位置寫入查詢值；否則，params 將被視為查詢結(jié)果緩沖對(duì)象內(nèi)的一個(gè)偏移量。

對(duì)于查詢對(duì)象的結(jié)果值，可能需要一定時(shí)間才能變得可用。如果 pname 設(shè)置為 QUERY_RESULT_AVAILABLE，則在需要等待時(shí)函數(shù)將返回 FALSE；否則返回 TRUE。必須保證，若任何查詢對(duì)象返回的結(jié)果可用性為 TRUE，那么在此之前所有相同類型的所有查詢也必須返回 TRUE。對(duì)任一查詢對(duì)象反復(fù)查詢 QUERY_RESULT_AVAILABLE 保證最終會(huì)返回 TRUE。

• 若 pname 為 QUERY_TARGET，則返回查詢對(duì)象的目標(biāo)類型作為一個(gè)整數(shù)值。
• 若 pname 為 QUERY_RESULT，則返回查詢對(duì)象的結(jié)果值作為單個(gè)整數(shù)。如果結(jié)果值的大小過(guò)大以至于無(wú)法用請(qǐng)求的類型表示，則返回最接近的可表示值。如果目標(biāo)類型的查詢計(jì)數(shù)器位數(shù)為零，則結(jié)果將以整數(shù)值0的形式返回。查詢 QUERY_RESULT 會(huì)使給定查詢對(duì)象在有限時(shí)間內(nèi)完成其計(jì)算過(guò)程。
• 若 pname 為 QUERY_RESULT_NO_WAIT，則僅當(dāng)結(jié)果在執(zhí)行狀態(tài)查詢時(shí)已可用時(shí)，才以單個(gè)整數(shù)形式返回查詢對(duì)象的結(jié)果值。若結(jié)果不可用，則不寫入查詢返回值。

如果在調(diào)用上述查詢命令之前，使用同一對(duì)象名稱發(fā)起了多個(gè)查詢操作，則返回的結(jié)果和可用性信息始終來(lái)自最后發(fā)起的那個(gè)查詢。在開始針對(duì)同一目標(biāo)和ID的新查詢之前，如果不先檢索先前查詢的結(jié)果，這些結(jié)果將會(huì)丟失。

時(shí)間查詢(Time Queries)

查詢對(duì)象還可用于追蹤完成一組OpenGL命令所需的時(shí)間（時(shí)間流逝查詢），或確定當(dāng)前的OpenGL時(shí)間（計(jì)時(shí)器查詢）。

當(dāng)使用目標(biāo) TIME_ELAPSED 調(diào)用 BeginQuery 和 EndQuery 時(shí)，OpenGL將準(zhǔn)備啟動(dòng)和停止用于時(shí)間流逝查詢的計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)器會(huì)在所有先前命令對(duì)OpenGL客戶端、服務(wù)器狀態(tài)以及幀緩沖區(qū)的影響完全實(shí)現(xiàn)后開始或停止。BeginQuery 和 EndQuery 命令可能在計(jì)時(shí)器實(shí)際開始或停止之前返回。

當(dāng)時(shí)間流逝查詢的計(jì)時(shí)器最終停止時(shí)，流逝的時(shí)間（以納秒為單位）會(huì)被寫入到相應(yīng)的查詢對(duì)象作為查詢結(jié)果值，并標(biāo)記該對(duì)象的查詢結(jié)果為可用。

可以通過(guò)以下命令創(chuàng)建計(jì)時(shí)器查詢對(duì)象：

void QueryCounter( uint id, enum target );

其中 target 必須是 TIMESTAMP。如果 id 是未使用的查詢對(duì)象名稱，則該名稱會(huì)被標(biāo)記為已使用并與新的類型為 TIMESTAMP 的查詢對(duì)象關(guān)聯(lián)。否則，id 必須是現(xiàn)有同類型查詢對(duì)象的名稱。

另外，也可以通過(guò)調(diào)用 CreateQueries 并將 target 設(shè)置為 TIMESTAMP 來(lái)創(chuàng)建 TIMESTAMP 類型的查詢對(duì)象。

當(dāng)調(diào)用 QueryCounter 時(shí)，OpenGL會(huì)記錄下當(dāng)前時(shí)間并將其存入對(duì)應(yīng)的查詢對(duì)象中。這個(gè)時(shí)間是在所有先前命令對(duì)OpenGL客戶端、服務(wù)器狀態(tài)及幀緩沖區(qū)的影響完全實(shí)現(xiàn)之后記錄的。一旦時(shí)間被記錄，該對(duì)象的查詢結(jié)果就會(huì)被標(biāo)記為可用。計(jì)時(shí)器查詢可以在目標(biāo)為 TIME_ELAPSED 的 BeginQuery / EndQuery 塊內(nèi)部使用，且不會(huì)影響該查詢對(duì)象的結(jié)果。

通過(guò)調(diào)用 GetIntegerv 或 GetInteger64v 并傳入符號(hào)常量 TIMESTAMP，可以查詢當(dāng)前的OpenGL時(shí)間。這將返回所有先前命令到達(dá)OpenGL服務(wù)器但不一定執(zhí)行完畢后的GL時(shí)間。通過(guò)結(jié)合這種同步獲取命令和異步時(shí)間戳查詢對(duì)象目標(biāo)，應(yīng)用程序可以測(cè)量命令從到達(dá)OpenGL服務(wù)器到在幀緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)之間的延遲。