Processing P3D模式setup()加载OBJ文件PShape无顶点异常问题

问题背景 #

• 基于Processing开发的太空星体小游戏正在进行3D版本改造，开发者已有P3D渲染模式下球体元素开发经验，并非零基础接触Processing 3D开发。
• 项目地址：SpaceStarProcessing3D，仓库内已附带符合许可协议的Cirno模型与纹理文件；岩石模型与纹理因版权归属不明确未纳入仓库，可通过仓库内指引自行获取。

异常表现 #

• 实现方案1（存在已知设计缺陷）：在Star类构造函数中加载星体对应的OBJ文件，程序可正常运行，但运行效率极低，搭载i5-12600k处理器的设备也会出现明显卡顿。
• 实现方案2：将OBJ文件加载逻辑迁移到setup()函数中执行，加载功能完全失效。通过调试器排查发现，加载得到的PShape对象不包含任何顶点数据，问题成因暂不明确。
• 特殊现象：仅在调试器启动程序时，控制台会输出如下线程锁等待超时的异常堆栈：

RunnableTask.run(): A caught exception occured on thread main-Display-.x11_:0-1-EDT-1: RunnableTask[enqueued true[executed false, flushed false, thread[0x33a9822b, main-Display-.x11_:0-1-EDT-1]], tTotal 0 ms, tExec 0 ms, tQueue 0 ms, attachment null, throwable java.lang.RuntimeException: Waited 5000ms for: <364c201e, 7d976186>[count 2, qsz 0, owner <main-FPSAWTAnimator#00-Timer0>] - <main-Display-.x11_:0-1-EDT-1>]
java.lang.RuntimeException: Waited 5000ms for: <364c201e, 7d976186>[count 2, qsz 0, owner <main-FPSAWTAnimator#00-Timer0>] - <main-Display-.x11_:0-1-EDT-1>
    at jogamp.common.util.locks.RecursiveLockImpl01Unfairish.lock(RecursiveLockImpl01Unfairish.java:198)
    at jogamp.newt.WindowImpl$ResizableAction.run(WindowImpl.java:2159)
    at jogamp.newt.DisplayImpl.runOnEDTIfAvail(DisplayImpl.java:447)
    at jogamp.newt.WindowImpl.runOnEDTIfAvail(WindowImpl.java:2859)
    at jogamp.newt.WindowImpl.setResizable(WindowImpl.java:2195)
    at com.jogamp.newt.opengl.GLWindow.setResizable(GLWindow.java:371)
    at processing.opengl.PSurfaceJOGL.lambda$setResizable$5(PSurfaceJOGL.java:436)
    at com.jogamp.common.util.RunnableTask.run(RunnableTask.java:125)
    at jogamp.newt.DefaultEDTUtil$NEDT.run(DefaultEDTUtil.java:375)
DefaultEDT.run(): Caught exception occured on thread main-Display-.x11_:0-1-EDT-1: RunnableTask[enqueued false[executed true, flushed false, thread[0x33a9822b, main-Display-.x11_:0-1-EDT-1]], tTotal 5001 ms, tExec 5001 ms, tQueue 0 ms, attachment null, throwable java.lang.RuntimeException: Waited 5000ms for: <364c201e, 7d976186>[count 2, qsz 0, owner <main-FPSAWTAnimator#00-Timer0>] - <main-Display-.x11_:0-1-EDT-1>]
java.lang.RuntimeException: Waited 5000ms for: <364c201e, 7d976186>[count 2, qsz 0, owner <main-FPSAWTAnimator#00-Timer0>] - <main-Display-.x11_:0-1-EDT-1>
    at jogamp.common.util.locks.RecursiveLockImpl01Unfairish.lock(RecursiveLockImpl01Unfairish.java:198)
    at jogamp.newt.WindowImpl$ResizableAction.run(WindowImpl.java:2159)
    at jogamp.newt.DisplayImpl.runOnEDTIfAvail(DisplayImpl.java:447)
    at jogamp.newt.WindowImpl.runOnEDTIfAvail(WindowImpl.java:2859)
    at jogamp.newt.WindowImpl.setResizable(WindowImpl.java:2195)
    at com.jogamp.newt.opengl.GLWindow.setResizable(GLWindow.java:371)
    at processing.opengl.PSurfaceJOGL.lambda$setResizable$5(PSurfaceJOGL.java:436)
    at com.jogamp.common.util.RunnableTask.run(RunnableTask.java:125)
    at jogamp.newt.DefaultEDTUtil$NEDT.run(DefaultEDTUtil.java:375)

复现条件 #

• 设备：台式机、笔记本均可稳定复现
• 涉及版本：Processing 4.0b7、4.0b8
• 已排除诱因：Cirno模型缺失mtl文件与该问题无关

根因分析 #

• 构造函数内加载导致卡顿：每实例化一个Star对象就会触发一次OBJ文件磁盘IO读取、模型顶点/面数据解析，大量重复的IO和CPU密集型操作会占满计算资源，属于典型的重复加载静态资源的设计错误。
• setup()内加载失效、伴随锁异常：Processing 4.x beta版本的JOGL P3D渲染器存在OpenGL上下文初始化时序问题。loadShape()解析OBJ模型依赖已经完成初始化的OpenGL上下文，若在setup()中调用loadShape()的时机早于P3D渲染表面的OpenGL上下文完全就绪，就会出现模型解析失败、返回无顶点空PShape的问题。控制台输出的5000ms锁等待异常，是JOGL的EDT事件调度线程和FPS动画计时器线程发生锁竞争导致的阻塞，调试模式下程序启动速度变慢，会放大这个时序冲突的触发概率，因此仅调试时会打印堆栈。

修复方案 #

• 解决卡顿问题：将所有OBJ模型的加载逻辑从Star类构造函数中移出，作为全局静态资源统一加载一次，所有Star实例共用同一个加载完成的PShape对象，从根源消除重复IO和解析开销。
• 解决setup()内加载失效问题，两种方案二选一即可：
  • 方案1：在setup()最开头调用size()指定P3D渲染器，若需要开启窗口可调大小，先保持surface.setResizable(false)，等待2帧渲染周期、确认OpenGL上下文完全初始化后，再执行loadShape()操作，模型全部加载完成后再开启窗口resize功能。
  • 方案2（稳定性最高）：不在setup()中执行模型加载，改为在draw()函数第一帧执行加载逻辑。新增布尔标记boolean modelLoaded = false，进入draw()后首先判断该标记，若为false则执行所有loadShape()操作，加载完成后将标记设为true，后续帧直接跳过加载步骤即可。draw()执行时渲染上下文已经100%就绪，不会出现时序问题。
• 额外注意：OBJ模型的纹理绑定操作不要放在加载阶段执行，放到draw()中模型绘制前绑定即可，避免跨线程导致纹理上下文丢失。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JoLi