3D場景優化

2021-09-07 23:20:26 字數 2389 閱讀 1063

一) 有效的效能評測

對於任何乙個3d應用程式來說,追求場景畫面真實感是乙個無止盡的目標,其結果就是讓我們的場景越來越複雜,模型更加精細,這必然給圖形硬體帶來極大的負荷以致於無法達到實時繪製幀率。因此,渲染優化是必不可少的。在渲染優化之前,我們需要對應用程式效能進行系統的評測,找出瓶頸,對症下藥。對於3d應用程式來說,影響效能的十分多,同時不同的硬體配置條件下,瓶徑也會有所不同。因此,對應用程式進行有效的效能評測,不僅需要對整個渲染管線原理有深入地了解,此外借助一些評測工具能讓我們的工作事倍功半。

我們知道渲染流水線的速度是由最慢的階段決定首先,因此對乙個3d應用程式進行評測,首先要分析影響渲染效能的瓶頸是在cpu端還是gpu端,由此來絕對我們優化的物件。由於目前的圖形加速硬體都具有強大的,這個瓶徑往往出現在cpu端,我們可以通過一些工具獲得這個資訊,如nvidia的nvperfhud。在評測選項中,我們可以檢視cpu和gpu繁忙度這項,當cpu繁忙度是100%時,gpu還不是時,我們知道效能的瓶頸在cpu端,我們必須cpu端的操作,同時盡量的「餵飽」gpu,把一些費事的計算移值到gpu上,例如硬體骨骼蒙皮。當gpu端是瓶頸時,說明gpu超荷負載,有可能是因為有過多的渲染填充,也就是多邊形數量太多(當前強大的gpu使得這種情況並不多見。

cpu上的瓶頸產生有兩個方面,一是因為複雜ai計算或低效的**,二是由於不好的渲染批處理或資源管理。對於第一種情況,我們可以利用vturn這類的工具,把應用程式中所有函式呼叫時間從大到小的排列出來,我們就很容易知道問題所在。對第二種情況來說,同樣利用nvperfhud,我們可以檢視每幀的dp數目,看看批的數量是否過多(有乙個具體的換算公式),檢視紋理記憶體的數目,是否消耗了過多的視訊記憶體。利用這些工具,我們基本上能夠定位應用程式的瓶頸。在應用程式內部,編寫乙個內嵌的profiler功能,能更加便利的進行評測,此外利用lua這樣的指令碼程式,讓我們執行時除錯,也能提高評測的效率。

(二) 靜態場景優化

靜態場景包括了地形、植被、建築物等一般不改變位置的實體集合,對它的優化是場景優化中最重主要的內容。本文就靜態場景優化的常見問題進行了**。

1 批的優化

批是場景優化中的最重要的概念之一,它指的是一次渲染呼叫(dp),批的尺寸是這次渲染呼叫所能渲染的多邊形數量。每個批的呼叫都會消耗一定的cpu時間,對於顯示卡來說,乙個批里的多邊形數量遠達不到最大繪製數量。因此盡可能將更多的多邊形放在乙個批里渲染,以此來減少批的數目,最終降低cpu時間,是批的優化基本原則。然而事情往往不盡如人意,有些情況下原有的批會被打破,造成額外的開銷,如紋理的改變或不同的矩陣狀態。針對這些問題,我們可以採用一些方法來盡量避免它,已達到批尺寸的最大化。

(1)合併多個小紋理為一張大紋理

在某個場景中,地面上有十多種不同的植被,它們除了紋理不同外,渲染狀態都是一樣。我們就可以把它們的紋理打包成乙個大紋理,再為每個植被模型指定uv,這樣我們就可以用乙個渲染呼叫來渲染所有的物體,批的數量就從十多個降為乙個。這種方法比較適合對紋理精度要求不高,面數不會太多的物體。

(2)利用頂點shader 來統一不同矩陣的情況

即使場景中的所有物體材質都一樣,如果它們的矩陣狀態不同(特別是場景圖管理的引擎),也會打碎原有的批。利用頂點shader技術可以避免這種情況,因為可以把要乘的變換矩陣通過常量暫存器傳到shader程式中,這樣統一了物體的矩陣狀態,可以放在乙個批里渲染。

2 渲染狀態管理

渲染狀態是用來控制渲染器的渲染行為,在d3d中是setrenderstate,通過改變渲染狀態,我們可以設定紋理狀態、深度寫入等等。改變渲染狀態對顯示卡來說,是個比較耗時的工作,因為顯示卡執行api必須嚴格按照渲染路徑,當渲染狀態變化時,顯示卡就必須執行浮點運算來改變渲染路徑,因此給cpu和gpu帶來時間消耗(cpu必須等待),渲染狀態變化越大,所要進行的浮點運算越多。因此將渲染狀態進行有效的管理,盡可能 減少其變化,對渲染效能影響巨大。(新六代的顯示卡geforce8系列中將一些常見的狀態引數集儲存在顯示卡核心中,當渲染狀態狀態發生變化,可以直接讀取儲存的引數集,以消除不必要的開銷)。絕大部分的3d引擎都會按照渲染狀態對pass進行分組渲染。

3 lod

4 場景管理的優化

場景管理的優化包括場景分割,可見性剔除等,有很多的參考文章,這裡就不多說了,談些個人的心得。現在的室外場景一般採用quadtree或octree,當我們在效能評測時發現遍歷樹的過程比較慢時,有可能有兩個原因。一是樹的深度設定的不合理,我們可以很容易尋找到乙個最佳的深度。另乙個原因可能是我們為太多數量 眾多,但體積很小的物體分配了結點,造成結點數量的冗餘。解決方法是把這些小物體劃分到他們所在的大的結點中。

可見性剔除是最常見優化方法,我們常用的是視錐裁減,這也是非常有效的。視錐裁減也是許多優化方法,這裡就不詳說了。遮擋裁減也是經常被用到的方法,常見的有地平線裁減。但是在有些情況下,遮擋裁減的效果並不明顯,如當cpu使用率已經是100%時,cpu端是瓶頸,這時進行遮擋裁減計算消耗cpu時間,效果就不明顯。但是有些情況下利用一些預生成資訊的方法,降低遮擋裁減計算的複雜度,提高遮擋裁減計算的效率,對場景效能會一定的改善。

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一 有效的效能評測 對於任何乙個3d應用程式來說,追求場景畫面真實感是乙個無止盡的目標,其結果就是讓我們的場景越來越複雜,模型更加精細,這必然給圖形硬體帶來極大的負荷以致於無法達到實時繪製幀率。因此,渲染優化是必不可少的。在渲染優化之前,我們需要對應用程式效能進行系統的評測,找出瓶頸,對症下藥。對於...

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