はじめに

前の記事で、ソースからOpenSceneGraphアセンブリを見て、空の紫色の世界に灰色の平面がぶら下がっている基本的な例を書いた。 私は同意しますが、あまり印象的ではありません。 ただし、前述したように、この小さな例では、このグラフィックエンジンのベースとなる主要な概念があります。 それらをより詳細に検討しましょう。 以下の資料では、Alexander BobkovのOSGに関するブログのイラストを使用しています（著者がOSGに関する記述を放棄したのは残念です）。 この記事は、 OpenSceneGraph 3.0の資料と例にも基づいています。 初心者向けガイド



前の出版物は批判を受けていたと言わざるを得ませんが、それには部分的に同意します-資料は言われずに出てきて、文脈から外れました。 カットの下でこの省略を修正しようとします。

1.シーンとそのノードのグラフについて簡単に説明します

エンジンの中心概念は、いわゆるシーングラフです （フレームワーク自体の名前にこだわったのは偶然ではありません）-3次元シーンの論理的および空間的表現を整理できる階層ツリー構造です。 シーングラフには、ルートノードと、関連する中間ノードとターミナルノードまたはノードが含まれます。



例えば







このグラフは、家とその中のテーブルで構成されるシーンを示しています。 家には特定の幾何学的表現があり、ルートノード（ルート）に関連付けられた特定の基本座標系に対して空間内の特定の方法で配置されます。 テーブルは、家に関連して何らかの方法で配置され、ルートノードに関連して家とともに配置されるジオメトリによっても記述されます。 1つのosg :: Nodeクラスから継承するため、共通のプロパティを持つすべてのノードは、機能的な目的に応じてタイプに分割されます。

1. グループノード（osg :: Group）-すべての中間ノードの基本クラスであり、他のノードをグループに結合するように設計されています
2. 変換ノード（osg ::変換とその子孫）-オブジェクト座標の変換を記述するように設計されています
3. ジオメトリックノード（osg :: Geode）-1つ以上のジオメトリックオブジェクトに関する情報を含むシーングラフのターミナル（リーフ）ノード。

OSGのシーンオブジェクトのジオメトリは、オブジェクトの独自のローカル座標系で記述されます。 このオブジェクトとルートノードの間にある変換ノードは、マトリックス座標変換を実装して、ベース座標系でのオブジェクトの位置を取得します。



ノードは多くの重要な機能を実行します。特に、オブジェクトの表示状態を保存します。この状態は、このノードに関連付けられたサブグラフのみに影響します。 シーングラフ内のノード、ノードの状態を変更できるイベントハンドラー、およびノー​​ドに関連付けられたサブグラフに、いくつかのコールバックを関連付けることができます。



画面上の最終結果の取得に関連するシーングラフ上のすべてのグローバル操作は、グラフを定期的に詳細に走査することにより、エンジンによって自動的に実行されます。



前回検討した例では、シーンは単一のオブジェクト、つまりファイルからロードされた飛行機モデルで構成されていました。 はるか先を見ると、このモデルはシーングラフのリーフノードであると言えます。 エンジンのグローバルなベース座標系にしっかりと溶接されています。

2. OSGメモリ管理

シーングラフのノードには、シーンオブジェクトとその操作に関する多くのデータが格納されるため、このデータを格納するには、動的に含むメモリを割り当てる必要があります。 この場合、シーングラフを操作するとき、たとえばノードの一部を削除するとき、グラフの削除されたノードが処理されなくなったことを注意深く監視する必要があります。 開発者がオブジェクトへのポインタが既存のデータを参照し、削除する必要があるかを追跡することは非常に困難であるため、このプロセスには常に時間のかかるデバッグエラーが伴います。 効果的なメモリ管理がなければ、セグメンテーションエラーとメモリリークが発生する可能性が高くなります。



メモリ管理はOSGの重要なタスクであり、そのコンセプトは2つのポイントに基づいています。

1. メモリの割り当て：オブジェクトを格納するために必要なメモリ量の割り当てを確保します。
   
   
2. メモリーを解放します：不要な場合は、割り当てられたメモリーをシステムに戻します。
   
   

C＃、Java、Visual Basic .Netなどの多くの最新のプログラミング言語は、いわゆるガベージコレクターを使用して、割り当てられたメモリを解放します。 C ++言語の概念はそのようなアプローチを提供していませんが、いわゆるスマートポインターを使用して模倣することができます。



今日、C ++には「すぐに使える」と呼ばれる武器庫にスマートポインターがあります（C ++ 17標準は既にいくつかの古いタイプのスマートポインターの言語を取り除くことに成功しています）が、これは常にそうではありません。 0.9と番号付けされたOSGの公式バージョンの最初のものは2002年に誕生し、最初の公式リリースまでさらに3年がありました。 その時点では、C ++標準はまだスマートポインターを提供していませんでした。 歴史的な余談を1つ信じたとしても、言語自体は苦労していました。 そのため、OSGに実装されている独自のスマートポインターの形の自転車の外観は、驚くことではありません。 このメカニズムはエンジンの構造に深く統合されているため、最初からその動作を理解することが絶対に必要です。

3. osg :: ref_ptr <>およびosg ::参照クラス

OSGは、osg :: ref_ptr <>テンプレートクラスに基づいて独自のスマートポインターメカニズムを提供し、自動ガベージコレクションを実装します。 OSGは、適切な操作のために、参照カウントが作成されるメモリブロックを管理するための別のosg :: Referencedクラスを提供します。



osg :: ref_ptr <>クラスは、いくつかの演算子とメソッドを提供します。

• get（）は、生のポインタを返すパブリックメソッドです。たとえば、osg :: Nodeテンプレートを引数として使用すると、このメソッドはosg :: Node *を返します。
  
  
• operator *（）は実際には逆参照演算子です。
  
  
• operator->（）およびoperator =（）-このポインターによって記述されたオブジェクトのメソッドとプロパティにアクセスするときに、osg :: ref_ptr <>を古典的なポインターとして使用できます。
  
  
• operator ==（）、operator！=（）およびoperator！（）-スマートポインターで比較操作を実行できます。
  
  
• valid（）は、マネージポインターに有効な値（NULLではない）がある場合にtrueを返すパブリックメソッドです。 式some_ptr.valid（）は、some_ptrがスマートポインターの場合、式some_ptr！= NULLと同等です。
  
  
• release（）はパブリック関数であり、関数から管理アドレスを返したい場合に便利です。 それについては後で詳しく説明します。
  
  

osg :: Referencedクラスは、ノード、ジオメトリ、レンダリング状態、ステージに配置された他のオブジェクトなど、シーングラフのすべての要素の基本クラスです。 したがって、シーンのルートノードを作成して、osg :: Referencedクラスによって提供されるすべての機能を間接的に継承します。 したがって、私たちのプログラムには発表があります

osg::ref_ptr<osg::Node> root;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

osg :: Referencedクラスには、割り当てられたメモリブロックへの参照用の整数カウンターが含まれています。 このカウンターは、クラスコンストラクターでゼロに初期化されます。 osg :: ref_ptr <>オブジェクトが作成されると、1ずつ増加します。 このポインターは、このポインターによって記述されたオブジェクトへの参照が削除されるとすぐに減少します。 オブジェクトは、スマートポインターが参照を停止すると自動的に破棄されます。



osg :: Referencedクラスには、3つのパブリックメソッドがあります。

• ref（）は、1参照カウントずつ増加するパブリックメソッドです。
  
  
• unref（）はパブリックメソッドであり、1参照カウントずつ減少します。
  
  
• referenceCount（）は、参照カウンターの現在の値を返すパブリックメソッドです。これは、コードのデバッグ時に役立ちます。
  
  

これらのメソッドは、osg :: Referencedから派生したすべてのクラスで使用できます。 ただし、リンクカウンターを手動で制御すると予測できない結果が生じる可能性があることを覚えておく必要があります。

4. OSGがガベージを収集する方法とその理由

スマートポインターとガベージコレクションを使用する理由はいくつかあります。

• 重大なエラーの最小化：スマートポインターを使用すると、メモリの割り当てと解放を自動化できます。 危険な生のポインタはありません。
  
  
• 効果的なメモリ管理：オブジェクトに割り当てられたメモリは、オブジェクトが不要になるとすぐに解放され、システムリソースの経済的な使用につながります。
  
  
• アプリケーションのデバッグの促進：オブジェクトへのリンクの数を明確に追跡する機能を備えているため、さまざまな種類の最適化と実験の機会があります。
  
  

シーングラフがルートノードといくつかのレベルの子ノードで構成されていると仮定します。 ルートノードとすべての子ノードがosg :: ref_ptr <>クラスを使用して管理されている場合、アプリケーションはルートノードへのポインターのみを追跡できます。 このノードを削除すると、すべての子ノードが順次自動的に削除されます。







スマートポインターは、ローカル変数、グローバル変数、クラスメンバーとして使用でき、スマートポインターが範囲外になると自動的に参照カウントを減らします。



OSG開発者は、スマートポインターをプロジェクトで使用することを強くお勧めしますが、注意すべき基本的なポイントがいくつかあります。

• osgのインスタンス::参照およびその派生物は、ヒープ上でのみ作成できます。 これらのクラスのデストラクタは保護されていると宣言されているため、スタック上にローカル変数として作成することはできません。 例えば
  
  

 osg::ref_ptr<osg::Node> node = new osg::Node; //  osg::Node node; // 
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

• 通常のC ++ポインターを使用して一時的なシーンノードを作成できますが、このアプローチは安全ではありません。 シーングラフが正しく管理されるように、スマートポインターを使用することをお勧めします。
  
  

 osg::Node *tmpNode = new osg::Node; //  ,  ... osg::ref_ptr<osg::Node> node = tmpNode; //         !
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

• ノードがそれ自体を直接または間接的に複数のレベルで参照する場合、ツリーで循環リンクシーンを使用しないでください
  
  

シーングラフのサンプルグラフでは、Child 1.1ノードはそれ自体を指し、Child 2.2ノードはChild 1.2ノードも指します。 このような種類のリンクは、リンク数の誤った計算とプログラムの不明確な動作につながる可能性があります。

5.管理対象オブジェクトの追跡

OSGのスマートポインターメカニズムの動作を説明するために、次の合成例を作成します。



main.h

 #ifndef MAIN_H #define MAIN_H #include <osg/ref_ptr> #include <osg/Referenced> #include <iostream> #endif // MAIN_H
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

main.cpp

 #include "main.h" class MonitoringTarget : public osg::Referenced { public: MonitoringTarget(int id) : _id(id) { std::cout << "Constructing target " << _id << std::endl; } protected: virtual ~MonitoringTarget() { std::cout << "Dsetroying target " << _id << std::endl; } int _id; }; int main(int argc, char *argv[]) { (void) argc; (void) argv; osg::ref_ptr<MonitoringTarget> target = new MonitoringTarget(0); std::cout << "Referenced count before referring: " << target->referenceCount() << std::endl; osg::ref_ptr<MonitoringTarget> anotherTarget = target; std::cout << "Referenced count after referring: " << target->referenceCount() << std::endl; return 0; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

osg ::参照される子孫クラスを作成します。これは、インスタンスが作成されたことを報告し、インスタンスの作成時に決定された識別子を表示するコンストラクタとデストラクタ以外では何も行いません。 スマートポインターメカニズムを使用してクラスのインスタンスを作成する

 osg::ref_ptr<MonitoringTarget> target = new MonitoringTarget(0);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次に、ターゲットオブジェクトの参照カウンターを表示します

 std::cout << "Referenced count before referring: " << target->referenceCount() << std::endl;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

その後、新しいスマートポインターを作成し、前のポインターの値を割り当てます

 osg::ref_ptr<MonitoringTarget> anotherTarget = target;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そして再び参照カウンターを表示します

 std::cout << "Referenced count after referring: " << target->referenceCount() << std::endl;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

プログラムの出力を分析して得たものを見てみましょう

 15:42:39:   Constructing target 0 Referenced count before referring: 1 Referenced count after referring: 2 Dsetroying target 0 15:42:42:  
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

クラスコンストラクターが起動すると、対応するメッセージが表示され、オブジェクトのメモリが割り当てられ、コンストラクターが正常に機能したことが通知されます。 さらに、スマートポインターを作成した後、作成されたオブジェクトの参照カウンターが1つ増えていることがわかります。 新しいポインターを作成し、古いポインターの値を割り当てます-基本的に同じオブジェクトへの新しいリンクを作成するため、参照カウンターはもう1つ増加します。 プログラムが終了すると、MonitoringTargetクラスのデストラクタが呼び出されます。







このようなコードをmain（）関数の最後に追加して、別の実験を行ってみましょう。

 for (int i = 1; i < 5; i++) { osg::ref_ptr<MonitoringTarget> subTarget = new MonitoringTarget(i); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そのような「排気」プログラムにつながる

 16:04:30:   Constructing target 0 Referenced count before referring: 1 Referenced count after referring: 2 Constructing target 1 Dsetroying target 1 Constructing target 2 Dsetroying target 2 Constructing target 3 Dsetroying target 3 Constructing target 4 Dsetroying target 4 Dsetroying target 0 16:04:32:  
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

スマートポインターを使用して、ループの本体にいくつかのオブジェクトを作成します。 この場合、ポインタのスコープはループの本体のみに拡張されるため、終了すると、デストラクタが自動的に呼び出されます。 これは起こりません。当然のことですが、通常のポインターを使用します。



メモリの自動解放は、スマートポインターを操作するもう1つの重要な機能です。 osg ::参照された派生クラスのデストラクタは保護されているため、オブジェクトを削除するために明示的に削除演算子を呼び出すことはできません。 オブジェクトを削除する唯一の方法は、オブジェクトへのリンクの数をリセットすることです。 しかし、その後、マルチスレッドデータ処理中にコードが安全でなくなります-別のスレッドから既に削除されたオブジェクトにアクセスできます。



幸いなことに、OSGは、オブジェクト削除スケジューラを使用して、この問題の解決策を提供します。 このスケジューラは、osg :: DeleteHandlerクラスの使用に基づいています。 オブジェクトをすぐに削除する操作を実行するのではなく、しばらくしてから実行するように機能します。 削除するすべてのオブジェクトは、安全な削除の瞬間が来るまで一時的に保存され、その後すぐにすべて削除されます。 osg :: DeleteHandler削除スケジューラーは、OSGレンダーバックエンドによって制御されます。

6.関数から戻る

サンプルコードに次の関数を追加します

 MonitoringTarget *createMonitoringTarget(int id) { osg::ref_ptr<MonitoringTarget> target = new MonitoringTarget(id); return target.release(); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ループ内の新しい演算子の呼び出しをこの関数の呼び出しに置き換えます

 for (int i = 1; i < 5; i++) { osg::ref_ptr<MonitoringTarget> subTarget = createMonitoringTarget(i); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

release（）を呼び出すと、オブジェクトへの参照の数がゼロに減りますが、メモリを削除する代わりに、割り当てられたメモリへの実際のポインタを直接返します。 このポインターが別のスマートポインターに割り当てられている場合、メモリリークは発生しません。

結論

シーングラフとスマートポインターの概念は、操作の原理、したがってOpenSceneGraphの効果的な使用を理解するための基本です。 OSGスマートポインターに関しては、次の場合にその使用が絶対に不可欠であることを忘れないでください。

• オブジェクトの長期保管が想定されています
• あるオブジェクトは別のオブジェクトへのリンクを保存します
• 関数からポインターを返す必要があります

この記事で提供されているサンプルコードは、 ここから入手できます 。



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