Rendering Optimization

В этом разделе описываются методы оптимизации рендеринга в Wudgine.

Основные техники оптимизации

Отсечение невидимых объектов (Culling)

Wudgine использует несколько методов отсечения для уменьшения количества объектов, отправляемых на рендеринг:

Frustum Culling

Отсечение объектов, находящихся за пределами видимой области камеры.

Occlusion Culling

Отсечение объектов, закрытых другими объектами.

Portal Culling

Оптимизация для сцен с комнатами и порталами.

Detail Culling

Отсечение мелких деталей на большом расстоянии.

// Настройка Frustum Culling
auto& renderer = engine.getRenderer();
renderer.enableFrustumCulling(true);

// Настройка Occlusion Culling
renderer.enableOcclusionCulling(true);
renderer.setOcclusionCullingPrecision(OcclusionPrecision::Medium);

// Настройка Detail Culling
renderer.setDetailCullingDistance(100.0f);
renderer.setDetailCullingSize(0.01f);

Уровни детализации (LOD)

Система LOD автоматически снижает детализацию объектов на большом расстоянии:

// Создание LOD для модели
auto& lodGroup = entity.addComponent<LODGroupComponent>();
lodGroup.addLOD(0, "assets/models/character/character_high.mesh", 0.0f);
lodGroup.addLOD(1, "assets/models/character/character_medium.mesh", 10.0f);
lodGroup.addLOD(2, "assets/models/character/character_low.mesh", 30.0f);
lodGroup.addLOD(3, "assets/models/character/character_very_low.mesh", 60.0f);
lodGroup.setCrossFadeEnabled(true);
lodGroup.setCrossFadeDuration(0.5f);

Инстансинг

Инстансинг позволяет эффективно рендерить множество одинаковых объектов:

// Создание инстансированного рендерера
auto& instanceRenderer = entity.addComponent<InstancedMeshRendererComponent>();
instanceRenderer.setMesh("assets/models/grass/grass_blade.mesh");
instanceRenderer.setMaterial("assets/materials/grass.mat");

// Добавление инстансов
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
    Transform transform;
    transform.position = Vector3(Random::range(-50.0f, 50.0f), 0.0f, Random::range(-50.0f, 50.0f));
    transform.rotation = Quaternion::fromEuler(0.0f, Random::range(0.0f, 360.0f), 0.0f);
    transform.scale = Vector3(1.0f, Random::range(0.8f, 1.2f), 1.0f);
    
    instanceRenderer.addInstance(transform);
}

Батчинг

Батчинг объединяет несколько объектов в один для уменьшения количества вызовов отрисовки:

Static Batching для неподвижных объектов
Dynamic Batching для движущихся объектов с одинаковыми материалами
GPU Instancing для множества одинаковых объектов

// Настройка Static Batching
auto& renderer = engine.getRenderer();
renderer.enableStaticBatching(true);
renderer.setStaticBatchingThreshold(100); // Минимальное количество вершин для батчинга

// Пометка объекта как статического для батчинга
auto& meshRenderer = entity.getComponent<MeshRendererComponent>();
meshRenderer.setStaticBatching(true);

Оптимизация графического конвейера

Многопоточная подготовка команд

Wudgine использует многопоточность для подготовки команд рендеринга:

// Настройка многопоточной подготовки команд
auto& renderer = engine.getRenderer();
renderer.enableMultithreadedRendering(true);
renderer.setRenderThreadCount(4); // Количество потоков для рендеринга

Асинхронные вычисления

Асинхронные вычисления позволяют выполнять некоторые операции параллельно с основным рендерингом:

// Настройка асинхронных вычислений
auto& renderer = engine.getRenderer();
renderer.enableAsyncCompute(true);
renderer.setAsyncComputeQueues({
    AsyncComputeQueue::Physics,
    AsyncComputeQueue::ParticleSimulation,
    AsyncComputeQueue::OcclusionCulling
});

Оптимизация шейдеров

// Оптимизированный фрагментный шейдер
void main() {
    // Предварительные вычисления
    vec3 viewDir = normalize(camera.position - inWorldPos);
    float NdotV = max(dot(normal, viewDir), 0.0);
    
    // Использование предварительно вычисленных значений
    vec3 F0 = mix(vec3(0.04), albedo, metallic);
    vec3 F = fresnelSchlick(NdotV, F0);
    
    // Избегание ветвлений
    float roughnessFactor = mix(roughness, 1.0, step(roughness, 0.01));
}

// Использование текстурных массивов
layout(set = 2, binding = 0) uniform sampler2DArray materialTextures;

void main() {
    // Использование одного семплера для нескольких текстур
    vec3 albedo = texture(materialTextures, vec3(inTexCoord, 0)).rgb;
    vec3 normal = texture(materialTextures, vec3(inTexCoord, 1)).rgb * 2.0 - 1.0;
    float metallic = texture(materialTextures, vec3(inTexCoord, 2)).r;
    float roughness = texture(materialTextures, vec3(inTexCoord, 3)).r;
}

Оптимизация ресурсов

Управление текстурами

Текстурные атласы для уменьшения переключений текстур
Сжатие текстур (BC7, ASTC) для уменьшения использования памяти
Мипмаппинг для оптимизации на разных расстояниях
Потоковая загрузка текстур для больших открытых миров

// Создание текстурного атласа
TextureAtlas atlas = TextureAtlas::create(2048, 2048);
atlas.addTexture("grass", "assets/textures/terrain/grass.png");
atlas.addTexture("dirt", "assets/textures/terrain/dirt.png");
atlas.addTexture("rock", "assets/textures/terrain/rock.png");
atlas.addTexture("sand", "assets/textures/terrain/sand.png");
atlas.build();

// Использование текстурного атласа
auto& material = entity.getComponent<MeshRendererComponent>().getMaterial();
material.setTextureAtlas("albedo", atlas);
material.setTextureRegion("albedo", "grass");

Управление мешами

Оптимизация меш-данных для улучшения производительности:

Оптимизация топологии для уменьшения количества вершин и треугольников
Предварительное вычисление тангентов и бинормалей
Сжатие вершинных данных
Уровни детализации (LOD)

// Оптимизация меша
Mesh mesh = Mesh::load("assets/models/character/character.mesh");
mesh.optimize();
mesh.generateLODs(4); // Генерация 4 уровней LOD
mesh.compressVertexData();
mesh.save("assets/models/character/character_optimized.mesh");

Профилирование и отладка

Инструменты профилирования

Wudgine предоставляет встроенные инструменты для профилирования рендеринга:

// Включение профилирования рендеринга
auto& profiler = engine.getProfiler();
profiler.enableRendererProfiling(true);

// Получение статистики рендеринга
auto stats = profiler.getRendererStats();
Debug::log("Draw calls: {}", stats.drawCalls);
Debug::log("Triangles: {}", stats.triangles);
Debug::log("Vertices: {}", stats.vertices);
Debug::log("Render time: {} ms", stats.renderTimeMs);

Визуализация отладки

// Включение визуализации отладки
auto& debugRenderer = engine.getDebugRenderer();
debugRenderer.enableFrustumVisualization(true);
debugRenderer.enableOcclusionCullingVisualization(true);
debugRenderer.enableLODVisualization(true);

Визуализация отладки

Оптимизация для разных платформ

Мобильные устройства

Рекомендации для оптимизации на мобильных устройствах:

Уменьшение разрешения рендеринга
Использование облегченных шейдеров
Агрессивное отсечение и LOD
Оптимизация для тайловых рендереров
Уменьшение количества прозрачных объектов

// Настройка для мобильных устройств
if (Platform::isMobile()) {
    auto& renderer = engine.getRenderer();
    renderer.setRenderScale(0.75f); // Рендеринг в 75% от разрешения экрана
    renderer.setShaderQuality(ShaderQuality::Low);
    renderer.setLODBias(2.0f); // Более агрессивное переключение LOD
    renderer.setMaxLights(4);
    renderer.disableEffect(PostProcessEffectType::SSAO);
    renderer.disableEffect(PostProcessEffectType::DepthOfField);
}

Консоли

Оптимизация для игровых консолей:

// Настройка для консолей
if (Platform::isConsole()) {
    auto& renderer = engine.getRenderer();
    
    if (Platform::getConsoleType() == ConsoleType::HighEnd) {
        // Настройки для высокопроизводительных консолей
        renderer.setRenderResolution(RenderResolution::UHD);
        renderer.enableRayTracedShadows(true);
        renderer.enableRayTracedAmbientOcclusion(true);
    } else {
        // Настройки для консолей среднего уровня
        renderer.setRenderResolution(RenderResolution::FullHD);
        renderer.setTargetFrameRate(60);
    }
    
    // Оптимизация для унифицированной памяти
    renderer.enableUnifiedMemoryOptimizations(true);
}

Следующие шаги

Теперь, когда вы ознакомились с методами оптимизации рендеринга в Wudgine, рекомендуем:

ECS: Глубокое погружение

Изучите архитектуру Entity-Component-System.

Веб-интерфейсы

Познакомьтесь с системой веб-интерфейсов Wudgine.

Post Processing

Ecs Overview

Documentation

Rendering Optimization