简介
本文讨论了为何使用纹理而非图像可以提升 OpenGL 渲染性能。 为说明这一问题，我们在一款简单的 C++ 应用中轮流使用纹理和图像。 该应用旨在表明使用这两种技术时对渲染性能（每帧毫秒数）的影响。 尽管本文适用于图形游戏开发人员，但这些概念适用于使用 OpenGL 4.3 及更高版本的所有应用。 示例代码用 C ++ 编写，专为 Windows* 8.1 和 10 设备而设计。
要求
构建和运行示例应用需要具备以下条件：
- 采用第六代智能英特尔® 酷睿™ 处理器（代号为 Skylake）的电脑
- OpenGL 4.3 或更高版本
- Microsoft Visual Studio* 2013 或更高版本
相比图像，纹理具有更出色的渲染性能
使用纹理而非图像可帮助 OpenGL 实现最佳的渲染性能。 通过轮流使用纹理和 2D 图像，附带的应用证明了这一结论。 每种技术目前实现的性能（以每帧毫秒数进行显示），与每秒帧数一起显示在控制台窗口中。 按下空格键可轮流显示各种组合，方便您进行比较。 进行切换时，图像会显示动画效果，可视化表示切换操作。
测量纹理时使用了下列组合：
- GL_TEXTURE_MAX_LEVEL
- GL_TEXTURE_BASE_LEVEL
- GL_TEXTURE_MAG_FILTER
- GL_TEXTURE_MIN_FILTER
为公平衡量使用图像时的性能，该应用计算了纹理中与纹理采样硬件在纹理 mipmap 链中处理的图像大小最接近的图像。 然后使用该大小的图像。 您可以在 reshape()函数中看到计算结果。 这意味着屏幕图像越大，应用在 mipmap 链中使用的图像就越大。 反之亦然。
Skylake 处理器图形
第六代智能英特尔酷睿处理器提供卓越的 2D 和 3D 图形性能，最高可达 1152 GFLOPS。 其多核架构可提高性能并增加每个时钟周期的指令数。
与前几代相比，这些处理器具有许多新的优势，可显著提升整体计算性能和视觉性能。 示例增强功能包括 GPU，结合性能更高的 CPU，GPU 可提供相比前代英特尔® 处理器高出最多 40% 的图形性能。 第六代智能英特尔酷睿处理器经过重新设计，可提供更高保真度的视频输出，更高分辨率的视频播放，以及对更低功耗系统的更加无缝的响应能力。 Skylake 支持 4K 视频播放和扩展的超频，是游戏开发人员的理想之选。
GPU 内存访问包含原子最小值、最大值以及共享本地内存或全局内存中 32 位浮点值的比较和交换。 这一新架构还为到同一地址的紧接原子提供了性能改进。 平铺资源包括对部分驻留（稀疏）的大型纹理和缓冲区的支持。 读取未映射磁贴会返回零，并且对其的写入操作将被丢弃。 此外还有用于固定 LOD 和获取操作状态的新着色器指令。 现在还支持较大的纹理和缓冲区。 （例如，您最大可使用 128k x 128k x 8B 的细化 2D 纹理。）
由图形 API 提供支持时，无边界资源可将一个着色器可使用的动态资源数量从大约 256 个增加至 2,000,000 个。 这一改变可降低与更新绑定表相关的开销，为程序员提供更高的灵活性。
执行单元也改进了本地 16 位浮点支持。 使用半精度时，这种增强的浮点支持可带来功耗和性能方面的双重优势。
显示功能进一步提供了多平面重叠选项，拥有在显示时缩放、转换、颜色校正和构成多个曲面的硬件支持。 曲面可来自使用不同更新频率和分辨率的单独交换链（例如，在放大、较低分辨率的帧渲染基础上组合的全分辨率 GUI 元素），从而提供显著增强。
其架构支持最多三个切片的 GPU（提供 72 个 EU）。 这一架构还提供了更高的功率门控和时钟域灵活性，这是值得利用的。
构建和运行应用
按照下面的步骤编译和运行示例应用。
- 下载包含示例应用源代码的 ZIP 文件，将其解压到工作目录下。
- 双击打开 lesson3_textureVsImage/lesson3.sln文件，启动 Microsoft Visual Studio 2013。
- 选择 <Build>/<Build Solution>，构建应用。
- 构建成功后，您可以在 Visual Studio 中运行示例。
应用运行时，主窗口将打开，您将看到一个使用纹理或图像组合渲染的图像，以及 Microsoft Visual Studio 2013 控制台窗口中显示的性能测量结果。 按空格键切换至下一种模式，查看性能差异。 切换模式时，图像将呈现动画显示效果以直观地反映变化。 按 ESC 便可退出应用。
代码亮点
该示例使用纹理或图像。 下面为纹理和图像碎片着色器：
// Fragment shader gets output color from texture()
static std::string texFragmentShader ="#version 430 coren""n""uniform sampler2D texUnit;n""n""smooth in vec2 texcoord;n""n""layout(location = 0) out vec4 fragColor;n""n""void main()n""{n"" fragColor = texture(texUnit, texcoord);n""}n"
;
// Fragment shader gets output color from imageLoad()
static std::string imgFragmentShader =
"#version 430 coren""n""readonly restrict layout(rgba8) uniform image2D texUnit;n""n""smooth in vec2 texcoord;n""n""layout(location = 0) out vec4 fragColor;n""n""void main()n""{n"" fragColor = imageLoad(texUnit, ivec2(texcoord * imageSize(texUnit)));n""}n"
;应用将测试的组合存储在阵列中。
// 结构阵列，我们针对每个选项测试一个项目
#define I(texture, magFilter, minFilter, maxLevel, baseLevel) texture, #texture, magFilter, #magFilter, minFilter, #minFilter, maxLevel, baseLevel
struct {
GLuint& texture; const char* textureStr;
GLint magFilter; const char* magFilterStr;
GLint minFilter; const char* minFilterStr;
GLint maxLevel;
GLint baseLevel;
} options[] = {
{ I(magTexture, GL_NEAREST, GL_NEAREST, 0, 0 )},
{ I(magTexture, GL_LINEAR, GL_NEAREST, 0, 0 )},
{ I(minTexture, GL_NEAREST, GL_NEAREST, 0, 0 )},
{ I(minTexture, GL_NEAREST, GL_LINEAR, 0, 0 )},
{ I(minTexture, GL_NEAREST, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST, mipLevel, 0 )},
{ I(minTexture, GL_NEAREST, GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR, mipLevel, 0 )},
{ I(minTexture, GL_NEAREST, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST, mipLevel, 0 )},
{ I(minTexture, GL_NEAREST, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR, mipLevel, 0 )},
};在绘制图像时，使用的选项基于该阵列。 使用 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL、GL_TEXTURE_BASE_LEVEL、GL_TEXTURE_MAG_FILTER 和 GL_TEXTURE_MIN_FILTER，您可以看到纹理的使用效果。
// GLUT display function. Draw one frame's worth of imagery.
void display()
{
// attribute-less rendering
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); GLCHK;
if (animating) {
glUseProgram(texProgram); GLCHK;
glUniform1f(texOffset, animation); GLCHK;
} else if (mode) {
glUseProgram(texProgram); GLCHK;
glUniform1f(texOffset, 0); GLCHK;
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, options[selector].texture); GLCHK;
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_LEVEL, options[selector].maxLevel);
GLCHK;
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_BASE_LEVEL,
options[selector].baseLevel); GLCHK;
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
options[selector].magFilter); GLCHK;
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER,
options[selector].minFilter); GLCHK;
} else {
glUseProgram(imgProgram); GLCHK;
glUniform1f(imgOffset, 0); GLCHK;
glBindImageTexture(0, minTexture, selector < 2 ? 7 : imgLevel, GL_FALSE, 0,
GL_READ_ONLY, GL_RGBA8); GLCHK;
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); GLCHK;
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST);
GLCHK;
}
glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4); GLCHK;
glutSwapBuffers();
}每次绘制视频帧时，控制台就会更新性能输出，且应用会检查空格键或 ESC 是否已按下。 按下空格键会导致应用切换至阵列中的下一个组合，按下 ESC 则退出应用。 加载新组合时，性能测量会重置，图像会呈现动画效果，表明设置已改变。 如果未按动任何键，下一个帧会被渲染。
/ GLUT 空闲函数。 每个视频帧调用一次。 计算并打印时间报告，处理控制台收入。
void idle()
{
// Calculate performance
static unsigned __int64 skip; if (++skip < 512) return;
static unsigned __int64 start; if (!start &&
!QueryPerformanceCounter((PLARGE_INTEGER)&start)) _debugbreak();
unsigned __int64 now; if (!QueryPerformanceCounter((PLARGE_INTEGER)&now))
__debugbreak();
unsigned __int64 us = elapsedUS(now, start), sec = us / 1000000;
static unsigned __int64 animationStart;
static unsigned __int64 cnt; ++cnt;
// We're either animating
if (animating)
{
float sec = elapsedUS(now, animationStart) / 1000000.f; if (sec < 1.f) {
animation = (sec < 0.5f ? sec : 1.f - sec) / 0.5f;
} else {
animating = false;
selector = (selector + 1) % _countof(options); skip = 0;
cnt = start = 0;
mode ^= 1;
print();
printf("%s: ", (mode ? "texture()" : "image2d()")); fflush(stdout);
}
}
// Or measuring
else if (sec >= 2)
{
printf("frames rendered = %I64u, uS = %I64u, fps = %f,
milliseconds-per-frame = %fn", cnt, us, cnt * 1000000. / us,
us / (cnt * 1000.));
if (advance) {
animating = true; animationStart = now; advance = false;
} else {
cnt = start = 0;
mode ^= 1;
printf("%s: ", (mode ? "texture()" : "image2d()")); fflush(stdout);
}
}
// Get input from the console too.
HANDLE h = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE); INPUT_RECORD r[128]; DWORD n;
if (PeekConsoleInput(h, r, 128, &n) && n)
if (ReadConsoleInput(h, r, n, &n))
for (DWORD i = 0; i < n; ++i)
if (r[i].EventType == KEY_EVENT && r[i].Event.KeyEvent.bKeyDown)
keyboard(r[i].Event.KeyEvent.uChar.AsciiChar, 0, 0);
// Ask for another frame
glutPostRedisplay();
}结论
该示例表明，相比使用图像，渲染时使用纹理具有性能优势。 这个结论对努力实现最高游戏性能的图形游戏开发人员至关重要。
将这一技术与先进的第六代智能英特尔酷睿处理器相结合，图形游戏开发人员可确保游戏运行符合设计初衷。
下载代码示例
此处为 Github 上的代理示例链接
https://github.com/IntelSoftware/OpenGLBestPracticesfor6thGenIntelProcessor
参考资料
第六代智能英特尔® 酷睿™ 处理器（代号 Skylake）概述
图形 API 开发人员第六代智能英特尔® 酷睿™ 处理器指南
关于作者
Praveen Kundurthy 任职于英特尔® 软件和服务事业部。 他拥有计算机工程硕士学位。 他主要专注于移动技术、Microsoft Windows* 和游戏开发领域。