OpenGL ES Notes

| 分类 Graphics  | 标签 opengles 

GLES API

  • 所有OpenGLES2.0实现必须至少支持8个 vertex attribute。可用 glGetIntegery(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &maxVertexAttribs) 查询实际数目。
  • constant vertex attribute 在一个图元的所有顶点上都是相同的，所以只需要一份。通常使用 glVertexAttrib*f* 进行传值。
  • vertex array 用于逐顶点指定属性数据，缓存在host的地址空间（client空间）。使用 glVertexAttribPointer指定数据读取位置与大小。（本质上是个存于CPU主存的指针）此处可以做的优化有二，一是根据需要合理组织顶点属性数据的结构；而是根据需要尽可能降低数据格式的大小。
  • host这边的数据要与shader里面的attribute变量绑定，需使用glBindAttribLocation(GLuint program, GLuint index, const GLchar *name)，其中，program指具体某个program对象的名字，index就是glVertexAttrib和glVertexAttribPointer的第一个参数，name就是shader里面用attribute声明的变量名。
  • glGetAttribLocation(GLuint program, const GLchar *name)可以通过name查找与之绑定的index。
  • 顶点数据起于host内存空间（CPU），每次绘制（glDrawArrays/glDrawElements）时，都会将数据复制到图形内存空间（GPU）。显然，这样会浪费大量的计算力在数据传输上，浪费内存带宽，浪费电。所以，把部分数据缓存在GPU端（显存），可以提高性能，显著降低带宽占用和耗电量。Vertex Buffer Object(VBO)应运而生。
  • OpenGLES支持两种VBO，array buffer objects和element array buffer objects，前者用GL_ARRAY_BUFFER标识，缓存顶点数据，后者用GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER标识，缓存图元的索引。
  • VBO三件套：创建-绑定-传数据，glGenBuffers-glBindBuffer-glBufferData(glBufferSubData)
  • 对于静态几何体，数据传递给GPU之后，host端的数据可以删除释放掉，节省内存。
  • OpenGLES三图元：triangle，line，point。相关绘制模式：GL_POINTS GL_LINES GL_LINE_STRIP GL_LINE_LOOP GL_TRIANGLES GL_TRIANGLE_STRIP GL_TRIANGLE_FAN。
  • OpenGLES图元绘制两方法：glDrawArrays 和 glDrawElements。
  • 别废话了，能用VBO就赶紧上，能用glDrawElements就别用glDrawArrays。
  • glPixelStorei设置的打包/解包对齐参数是全局状态，不只是作用某个单独的纹理对象。
  • 由于GPU的并行架构，shader中的条件判断最好是常量表达式，以防出现结果不一致。
  • VS中能利用的uniform变量具有数目限制（>=128，具体限制看实现）。各类常量均会占用计数。有时相同的字面常量会计数多次（比如，多次使用1.0，会计数多次，而不是一次）。所以shader中最好将字面常量转为#define或const形式。
  • Texture是一个Object，而不仅是一块图像数据。它更像一个容器（结构体），里面包含了用于渲染所需的数据，主要有图像数据、filter模式、wrap模式。

GLSL

  • uniform：host传递给着色器的只读值，存储于常量空间，被顶点着色器和片段着色器共享。
  • attribute：host传递的顶点属性，也是只读值，且只能用于顶点着色器，比如顶点位置、颜色和贴图坐标之类的属性值。
  • varying：VS的输出，FS的输入；用于VS向FS传递数据，须在两个shader中有一样的声明。
  • VS内置变量：gl_Position,gl_PointSize,gl_FrontFacing。
  • gl_Position：输出顶点的裁剪空间坐标，用于裁剪空间转屏幕空间。是highp精度的浮点数。
  • gl_PointSize：指定point sprite的像素大小。是mediump精度的浮点数。
  • glFrontFacing：这个变量不会在VS里直接赋值。是根据VS生成的position值和渲染的图元类型自动决定的。是个boolean值。
  • 默认float和int的精度都是highp。一般在VS里都是用默认的高精度。
  • for循环里面的索引，不能在循环体里面变化，只能在for()里面。而while和do-while虽然属于规范，但不一定实现了。

Optimization

  • 对于高级光照与阴影，尽可能将逐像素（per-pixel）计算换成逐顶点（per-vertex）计算，或者直接使用光照贴图；同理，高光、cube light还有反射映射都可以预烘培在原始纹理中。阴影也一样。
  • 有些无法完全展示的大场景，最好细分一下三角形，虽然总的三角形增加了，但GPU可以有效的裁剪掉不需要绘制的三角形，可以提升性能。
  • 避免不必要的eglMakeCurrent调用
  • 移动端pixel shader稀缺，实现一个多级着色(level-of-shading)显得很有必要；原理和LOD类似，根据离摄像机距离的不同选用不同复杂度的shader进行着色。
  • 降低GL状态切换：1）ES API会分发给驱动在内核态中的那部分，再转发给GPU；所以不要滥用API；2）纹理切换耗性能，所以对于渲染调用，最好先按texture排序，再按state vector排序。
  • 降低Draw call：进行一次draw call需要太多的前置操作，比如清空上个状态、处理当前绑定的VAO、从主存复制数据到GPU等等。所以，谨记 没有消耗就没有损失。
  • 分辨率缩放：利用FBO将场景渲染成小分辨率，然后在post-process阶段进行缩放到设备真实分辨率。UI和HUD可以直接以设备分辨率进行渲染。
  • 对于常用的模糊特效，一般用的高斯算法，优化点有俩：1）将偏移点的计算从pixel shader移到vertex shader或者CPU中去；2）从低mipmap采样，应用模糊之后再缩放回去。
  • 利用纹理fetch的高效性，可以设计精巧的算法来代替直接的算数运算。（这个技巧性太高，需要静心设计数据放置在纹理中，一次纹理采样等于多次普通计算）
  • 背面裁剪，特别是不透明物体，非平面（点、线）对象
  • 使用LOD，一般在网格的多边形上使用较多，其实在shader effect上使用也是效果明显
  • 使用VBO代替VA，因为VA会在每一个draw call时复制顶点数据，浪费带宽影响效率
  • 下面列出会引起状态改变的API，记得不要滥用：

  • 对drawcall排序可以有效降低状态切换的次数。可以遵循下面的排序规则：

1、按 render target 排序：RT之间的切换消耗太高，一般不要做这种事（调用 `glBindFramebuffer、glFramebuffer*）。如果一个对象需要使用多种program在多个RT上绘制，那顺序肯定是先在program之间切换，在切换RT（逐个RT绘制过去）；
2、按 program 排序：同一个frame buffer里面，尽量降低program的切换。假设一个场景三个物体，两个使用相同的FS，肯定是这两个物体挨着渲染较好；
3、其他：比如纹理切换，顶点数据变化之类的。
  • shader代码中，使用最恰当的数据类型，避免做耗时的类型转化（type casting）

  • 标量打包进向量，标量运算转化成向量运算

  • 高效的采样纹理：
1、避免随机访问：硬件一般同时处理2*2的片元块，所以shader访问同一个块中的相邻纹素会比较快
2、少用3D纹理：当前读取体素的操作还是比较耗性能的
3、单个shader纹理采样上限：一般单个shader里使用4个sampler就是极限了，再多会造成性能狂降
4、纹理压缩：降低内存占用，降低数据传输
5、使用mipmap：在号内存的地方可以提高性能
  • 少用分支判断：分支判断非常影响性能，能不用就不用。如果一定要用，判断条件的选择非常重要。优先顺序下：1）常量，编译期间确定的值；2）uniform 变量；3）shader中可更改的变量。使用常量做条件判断性能影响还可以接受。
  • 尽可能节省shader指令，一条都不能浪费。
  • 不要在shader里做数学计算并保存成常量，移到CPU端去做
  • 不要在片段着色器中尝试丢弃一些像素，看起来会有性能提升，但实际上如果在多线程中，只要有某个线程在使用该像素，那shader还是会执行。而且，你做的丢弃操作还依赖shader编译器是否生成了对应的字节码。理论上，如果某个线程上的所有像素均被丢弃，GPU极有可能停止处理该线程；而实际上，丢弃操作会禁用硬件优化，得不偿失。
  • 同理，不要在片段着色器中修改深度值，这也会禁用硬件优化。
  • 避免在VS中做纹理fetch，而且只操作压缩纹理数据。
  • 在Adreno上，16bit的精度（mediump）相比 32bit精度（highp），拥有两倍的速度，还节省一半的消耗。所以，最好默认 precision mediump float，即使遇到需要高精度的情况，比如纹理坐标采样，也可以按需避免。
  • 最大化的将逐片段计算转移到到顶点计算中，毕竟顶点数明显少于片段数。
  • 带宽优化：说白了就是减少数据传输的消耗。常见的操作就是压缩传输数据量和 减少传输次数（缓存） 。当然，缓存不是无限的，出现 cache miss 就不可避免，只能采取措施尽量降低失效的频率。
降低缓存失效概率：
1、提升传输速率：避免在drawcall中使用客户端顶点数据缓存，最好从不使用
2、降低GPU执行drawcall时需要的数据量

减少传输的数据量:
1、使用压缩纹理：压缩纹理不仅减少内存，减少总传输量。更重要的是，当前压缩纹理都是4x4块压缩。这样纹理一个fetch指令能取出16个纹素，而不是一般纹理的1个纹素。由于纹理数据的连贯性，配合当前移动设备主流的Tiled Render，可能这一个指令就满足了渲染数据的需求。
2、打包顶点数据：顶点数据结构好好排列一下，选择合适的数据结构，不出现空洞，一个bit都不浪费。
3、采用索引模式的drawcall：绘制的时候使用index，别老是把顶点本身传来传去的。

Think

Refrence

  • OpenGLES 2.0 Programming Guide
  • Qualcomm Adreno OpenGL ES Developer Guide
  • ARM Mali GPU OpenGL ES Optimization Guide

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