.net - 使用 3D 加速的图形渲染

Question

我们为庞大的数据集生成图表。我们说的是每秒 4096 个样本，每张图 10 分钟。一个简单的计算得出每个线图有 4096 * 60 * 10 = 2457600 个样本。每个样本都是一个 double (8 字节)精度的 FP。此外，我们在一个屏幕上渲染多个线图，最多大约一百个。这使得我们在一个屏幕上渲染了大约 25M 的样本。使用常识和简单的技巧，我们可以使用 CPU 在 2D Canvas 上绘制此代码来获得高性能。高性能，即渲染时间低于一分钟。 由于这是科学数据，我们不能遗漏任何样本。说真的，这不是一个选择。甚至不要开始考虑它。

自然，我们希望使用所有可用的技术来改进渲染时间。多核、预渲染、缓存都很有趣，但不要削减它。我们希望这些数据集的渲染速度至少为 30FPS，首选 60FPS。我们现在这是一个雄心勃勃的目标。

卸载图形渲染的一种自然方法是使用系统的 GPU。 GPU 可用于处理庞大的数据集并并行处理它们。一些简单的 HelloWorld 测试向我们展示了使用 GPU 在渲染速度上的昼夜差异。

现在的问题是:OpenGL、DirectX 和 XNA 等 GPU API 是为 3D 场景而设计的。因此，使用它们来渲染 2D 线图是可能的，但并不理想。在我们开发的概念证明中，我们遇到了需要将 2D 世界转换为 3D 世界的情况。突然间，我们必须使用 XYZ 坐标系和多边形、顶点等等。从发展的角度来看，这远非理想。代码变得不可读，维护是一场噩梦，还有更多的问题。

您对此 3D 有什么建议或想法？执行此操作以实际转换两个系统(2D 坐标与 3D 坐标和实体)的唯一方法是什么？还是有更时尚的方法来实现这一目标？

- 为什么在一个像素上渲染多个样本很有用？
因为它更好地代表了数据集。假设在一个像素上，您有值 2、5 和 8。由于某些样本省略算法，只绘制了 5。这条线只会到 5，而不是 8，因此数据会失真。你也可以反对相反的观点，但事实是第一个参数对我们使用的数据集很重要。
这正是我们不能省略样本的原因。

Answer 1

在 tgamblin 的回答后面，我想对您不能省略样本的断言发表评论。

您应该将绘制到屏幕上的数据视为抽样问题。您正在谈论 240 万个数据点，并且您正试图将其绘制到一个只有几千个点的屏幕上(至少我假设是这样，因为您担心 30fps 的刷新率)

因此，这意味着对于 x 轴上的每个像素，您都不需要渲染大约 1000 个点。即使您确实走上了利用 gpu 的道路(例如，通过使用 opengl)，对于不可见的行，gpu 仍然需要做大量的工作。

我用来呈现样本数据的一种技术是生成一组数据，它是整个数据集的子集，仅用于渲染。
对于 x 轴上的给定像素(即给定 x 轴屏幕坐标)，您需要渲染 绝对 最多 4 个点 - 即最小 y、最大 y、最左侧 y 和最右侧 y。
这将呈现所有可以有用呈现的信息。您仍然可以看到最小值和最大值，并保留与相邻像素的关系。

考虑到这一点，您可以计算出将落入 x 轴上同一像素的样本数(将它们视为数据“箱”)。在给定的 bin 内，您可以确定最大值、最小值等的特定样本。

重申一下，这只是用于显示的子集 - 并且仅适用于显示参数更改之前。例如。如果用户滚动图形或缩放，则需要重新计算渲染子集。

如果您使用的是 opengl，则可以这样做，但由于 opengl 使用标准化坐标系(并且您对现实世界的屏幕坐标感兴趣)，您将不得不更加努力地准确确定您的数据箱。
如果不使用 opengl，这会更容易，但是您无法充分利用图形硬件。