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简介
游戏开发人员经常使用 OpenGL 来处理图形密集型游戏的渲染工作。 OpenGL 是一种用于高效渲染二维和三维矢量图形的应用程序接口。 大部分平台上都有 OpenGL 。
本文演示了使用合适的纹理格式如何改进 OpenGL 性能，特别是使用本机纹理格式将为游戏开发人员提供最出色的 OpenGL 性能。 本文随附一个 C++ 示例应用，它显示了使用各种纹理格式对渲染性能的影响。 请注意，尽管本文涉及与图形游戏开发人员相关的概念，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
Skylake 处理器图形
第六代智能英特尔酷睿处理器也称为 Skylake，提供卓越的二维和三维图形性能，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，第六代智能英特尔酷睿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。 示例增强功能包括一个 GPU，加上 CPU 的增强型计算能力，可提供比之前的英特尔® 处理器显卡高 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，拥有缩放、转换、颜色校正和显示时组合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。
第 2 课： 使用本机纹理格式，实现最佳渲染性能
任何使用 OpenGL 的人都熟悉纹理。 然而，并非所有纹理都一样，某些纹理格式的渲染性能高于其他格式。 使用硬件本地格式意味着纹理可以“按原样”使用，从而避免不必要的转换。
本课显示了不同格式的影响——在窗口中渲染图像时，本示例在多种不同的纹理格式之间循环切换。 对于每种格式，当前性能以每帧毫秒数和每秒帧数显示。 按空格键可转到列表中的下一个纹理，这样您可以了解哪些格式在硬件上最适用。
示例使用以下格式。 下面的列表基于这一网址的 OpenGL“所需格式”列表： https://www.opengl.org/wiki/Image_Format
- GL_RGBA8
- GL_RGBA16
- GL_RGBA16F
- GL_RGBA32F
- GL_RGBA8I
- GL_RGBA16I
- GL_RGBA32I
- GL_RGBA8UI
- GL_RGBA16UI
- GL_RGBA32UI
- GL_RGB10_A2
- GL_RGB10_A2UI
- GL_R11F_G11F_B10F
- GL_SRGB8_ALPHA8
- GL_RGB8
- GL_RGB16
- GL_RGBA8_SNORM
- GL_RGBA16_SNORM
- GL_RGB8_SNORM
- GL_RGB16_SNORM
- GL_RGB16F
- GL_RGB32F
- GL_RGB8I
- GL_RGB16I
- GL_RGB32I
- GL_RGB8UI
- GL_RGB16UI
- GL_RGB32UI
- GL_SRGB8
- GL_SGB9_ES
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。
- 在 Microsoft Visual Studio 2013 中打开lesson2a_textureformat/lesson2a.sln文件。
- 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，您将看到一个图像。 Microsoft Visual Studio 2013 控制台窗口将显示渲染图像所用的纹理类型及其性能测量结果。 按空格键，更改为下一个纹理格式。 按 ESC 即可退出应用。
代码亮点
本示例的代码很简单，但有几个要强调的项。
首先，根据使用的纹理，我们将需要三个不同的片段着色器。 一个着色器将从一个标准化纹理获取其输出颜色，另一个专为非标准化的有符号整数纹理而设计，最后一个为非标准化的无符号整数纹理而设计。
// Fragment shader gets output color from a normalized texture
static std::string fragmentShader ="#version 430 core\n""\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 a non-normalized signed integer texture
static std::string ifragmentShader =
"#version 430 core\n""\n""uniform isampler2D texUnit;\n""\n""smooth in vec2 texcoord;\n""\n""layout(location = 0) out vec4 fragColor;\n""\n""void main()\n""{\n"" fragColor = vec4(texture(texUnit, texcoord))/255.0;\n""}\n"
;
// Fragment shader gets output color from a non-normalized unsigned integer texture
static std::string ufragmentShader =
"#version 430 core\n""\n""uniform usampler2D texUnit;\n""\n""smooth in vec2 texcoord;\n""\n""layout(location = 0) out vec4 fragColor;\n""\n""void main()\n""{\n"" fragColor = vec4(texture(texUnit, texcoord))/255.0;\n""}\n"
;这些着色器进行了编译和准备。
// compile and link the shaders into a program, make it active
vShader = compileShader(vertexShader, GL_VERTEX_SHADER);
fShader = compileShader(fragmentShader, GL_FRAGMENT_SHADER);
ifShader = compileShader(ifragmentShader, GL_FRAGMENT_SHADER);
ufShader = compileShader(ufragmentShader, GL_FRAGMENT_SHADER);
program = createProgram({ vShader, fShader });
iprogram = createProgram({ vShader, ifShader });
uprogram = createProgram({ vShader, ufShader });纹理集合存储在一个数组中，这个数组包含纹理和要使用的程序。
// Array of structures, one item for each option we're testing
#define F(x,y,z) x, y, #x, 0, z
static struct {
GLint fmt, type;
const char* str;
GLuint obj, &pgm;
} textures[] = {
F(GL_RGBA8, GL_RGBA, program),
F(GL_RGBA16, GL_RGBA, program),
F(GL_RGBA8_SNORM, GL_RGBA, program),
F(GL_RGBA16_SNORM, GL_RGBA, program),
F(GL_RGBA16F, GL_RGBA, program),
F(GL_RGBA32F, GL_RGBA, program),
F(GL_RGBA8I, GL_RGBA_INTEGER, iprogram),
F(GL_RGBA16I, GL_RGBA_INTEGER, iprogram),
F(GL_RGBA32I, GL_RGBA_INTEGER, iprogram),
F(GL_RGBA8UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_RGBA16UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_RGBA32UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_RGB10_A2, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB10_A2UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_R11F_G11F_B10F, GL_RGBA, program),
F(GL_SRGB8_ALPHA8, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB8, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB16, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB8_SNORM, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB16_SNORM, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB16F, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB32F, GL_RGBA, program),
F(GL_RGB8I, GL_RGBA_INTEGER, iprogram),
F(GL_RGB16I, GL_RGBA_INTEGER, iprogram),
F(GL_RGB32I, GL_RGBA_INTEGER, iprogram),
F(GL_RGB8UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_RGB16UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_RGB32UI, GL_RGBA_INTEGER, uprogram),
F(GL_SRGB8, GL_RGBA, program),
};需要绘制图像时，根据纹理数组使用正确的纹理和格式。
// GLUT display function. Draw one frame's worth of imagery.
void display()
{
// attribute-less rendering
glUseProgram(textures[selector].pgm); GLCHK;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); GLCHK;
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[selector].obj); GLCHK;
if (animating) {
glUniform1f(offset, animation); GLCHK;
}
else if (selector) {
glUniform1f(offset, 0.f); 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数组中的下一个纹理，按下 ESC 则退出应用。 加载新纹理时，性能测量会重置，图像会呈现动画效果，表明设置已改变。 如果未按任何键，则渲染下一帧。
// GLUT idle function. Called once per video frame.
// Calculate and print timing reports and handle console input.
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(textures); skip = 0;
print();
}
}
// Or measuring
else if (sec >= 2)
{
printf("frames rendered = %I64u, uS = %I64u, fps = %f,
milliseconds-per-frame = %f\n", cnt, us, cnt * 1000000. / us,
us / (cnt * 1000.));
if (advance) {
animating = true; animationStart = now; advance = false;
} else {
cnt = start = 0;
}
}
// 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
此示例表明，使用 GPU 的本地纹理格式可提高性能。 这一简单应用将帮助您为 Skylake 硬件确定适当的纹理。
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
下面为 Github 上的代码示例链接
https://github.com/IntelSoftware/OpenGLBestPracticesfor6thGenIntelProcessor
参考资料
第六代智能英特尔® 酷睿™ 处理器概述（代号为 Skylake）
第六代智能英特尔® 酷睿™ 处理器的图形 API 开发人员指南
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。
注释
1 March, Meghana R.，“第六代智能英特尔® 酷睿™ 处理器（代号为 Skylake）概述”。 2016 年 3 月 23 日。 https://software.intel.com/zh-cn/articles/an-overview-of-the-6th-generation-intel-core-processor-code-named-skylake