ios - 用 Metal 渲染四边形性能

Question

我正在尝试使用 Metal API 在 Apple A7 GPU 上尽可能快地渲染大量非常小的 2D 四边形。研究该 GPU 的三角吞吐量数字，例如here ，并且从 Apple 在他们的主题演示期间引用屏幕上超过 100 万个三角形，我希望能够以 60fps 的速度每帧渲染大约 500,000 个这样的四边形。也许少一点，因为它们都是可见的(在屏幕上，没有被 z 缓冲区隐藏)并且很小(对于光栅化器来说很棘手)，所以这可能不是 GPU super 优化的用例。也许 Apple 演示以 30fps 的速度运行，所以假设 ~200,000 应该是可行的。当然是 100,000 ……对吧？

但是，在我的测试应用程序中，最大值仅为 20,000 左右——不止于此，而且在 iPad Air 上帧率降至 60 以下。它有 100,000 个四边形，以 14 fps 的速度运行，即吞吐量为 2.8M trianlges/sec(与 AnandTech 文章中引用的 68.1M 屏幕 三角形相比!)。

即使我将四边形缩小为单个像素，使用普通的片段着色器，性能也不会提高。所以我们可以假设这是顶点绑定(bind)，并且 Xcode 中的 GPU 报告同意(“Tiler”为 100%)。顶点着色器也很简单，只做一点缩放和平移数学，所以我假设瓶颈是某个固定功能阶段......？

只是为了了解更多背景信息，我使用单个实例化绘制调用渲染所有几何体，每个实例一个四边形，即每个实例 4 个顶点。四边形的位置是从一个单独的缓冲区应用的，该缓冲区由顶点着色器中的实例 ID 索引。我也尝试了一些其他方法(非实例化，所有顶点都预先转换，实例化+索引等)，但这没有帮助。没有复杂的顶点属性、缓冲区/表面格式或我能想到的任何其他似乎可能会在驱动程序/GPU 中运行缓慢的路径(尽管我当然不能确定)。混合关闭。几乎所有其他内容都处于默认状态(例如视口(viewport)、剪刀、ztest、剔除等)。

该应用程序是用 Swift 编写的，但希望这无关紧要；)

我想了解的是，在渲染这样的四边形(与“正确的”3d 场景相对)时，我所看到的性能是否符合预期，或者是否需要一些更高级的技术才能接近广告三角吞吐量。人们认为这里的限制瓶颈可能是什么？

此外，如果有人知道为什么这在 OpenGL 中可能比在 Metal 中更快(我没有尝试过，也想不出任何原因)，那么我也很想听听。

谢谢

编辑:添加着色器代码。

vertex float4 vertex_shader(
        const constant float2* vertex_array [[ buffer(0) ]],
        const device QuadState* quads [[ buffer(1) ]],
        constant const Parms& parms [[ buffer(2) ]],
        unsigned int vid [[ vertex_id ]],
        unsigned int iid [[ instance_id ]] )
{
    float2 v = vertex_array[vid]*0.5f;

    v += quads[iid].position;

    // ortho cam and projection transform
    v += parms.cam.position;
    v *= parms.cam.zoom * parms.proj.scaling;

    return float4(v, 0, 1.0);
}


fragment half4 fragment_shader()
{
    return half4(0.773,0.439,0.278,0.4);
}

Answer 1

如果没有看到您的 Swift/Objective-C 代码，我无法确定，但我的猜测是您花费了太多时间来调用您的实例化代码。当您的模型中有数百个三角形而不是两个时，实例化很有用。

尝试创建一个包含 1000 个四边形的顶点缓冲区，看看性能是否有所提高。