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        目前的3D引擎的渲染幀和邏輯幀都是在一個線程上運行的,在網絡游戲中大量玩家聚集,繁重的骨骼動畫計算和粒子計算極大的拖累了渲染幀數,有兩種有效措施:1、控制同屏顯示人數,但玩家體驗不好 2、幀數低于某值時減少動畫Tick頻率,但帶來的問題是動畫不連貫。
        如果考慮使用多線程優化,最容易想到的就是采用平行分解模式,將骨骼動畫計算和粒子計算寫成兩個for循環,然后用OpenMP將其多線程化,但事實上這樣并不會提高多少效率,這兩者計算仍然要阻滯渲染幀,線程的創建也有一定的消耗。于是我想到了一種極端的解決方案,采用任務分解模式,將渲染和邏輯完全分離到兩個線程去,互不影響,當然這樣線程同步會是大問題,畢竟線程的數量和BUG的數量是成正比的。
        我們首先來分析下這兩個線程分別需要做什么工作,需要那些數據。渲染線程需要獲取實體的位置、材質等信息,并交給GPU渲染,邏輯線程需要更新實體的位置、材質、骨骼動畫等數據,很顯然一個寫入一個讀取,這為我們實現一個沒有線程同步的多線程3D渲染系統提供了可能。
        為了讓讀取和寫入不需要Lock,我們需要為每一份數據設計一個帶有冗余緩存的結構,讀取線程讀取的是上次寫入完成的副本,而寫入線程則向新的副本寫入數據,并在完成后置上最新標記,置標記的操作為原子操作即可。以Vector為例,這個結構大致是這樣的:
struct VectorData 
{
        Vector4f    m_pVector[DATACENTER_CACHE];
       
int         m_iIndex;

        VectorData()
    
{
            memset( m_pVector, 
0, DATACENTER_CACHE * sizeof(Vector4f) );
            m_iIndex 
= 0;
        }


       
void    Write( Vector4f& rVector )
    
{
           
int iNewIndex = m_iIndex == DATACENTER_CACHE - 1 ? 0 : m_iIndex + 1;
            m_pVector[iNewIndex] 
= rVector;
            m_iIndex 
= iNewIndex;
        }


        Vector4f
&    Read()
  
{
            
return m_pVector[m_iIndex];
        }

}
;
        當然我們可以用模板來寫這個結構,讓其適用于int,float,matrix等多種數據類型,余下的工作就簡單了,將所有有共享數據的類的成員變量都定義為以上這種數據類型,例如我們可以定義:
        SharedData<Matrix4f>  m_matWorld;
        在渲染線程中調用pDevice->SetWorldMatrix( m_matWorld.Read() );
        在邏輯線程中調用m_matWorld.Write( matNewWorld );

        需要注意的是,這種方案并非絕對健壯,當渲染線程極慢且邏輯線程極快的情況下,有可能寫入了超過了DATACENTER_CACHE次,而讀取卻尚未完成,那么數據就亂套了,當然真要出現了這種情況,游戲早已經是沒法玩了,我測試的結果是渲染幀小于1幀,邏輯幀大于10000幀,尚未出現問題。
        FlagshipEngine采用了這一設想,實際Demo測試結果是,計算25個角色的骨骼動畫,從靜止到開始奔跑,單線程的情況下,幀數下降了20%~30%,而使用多線程的情況下,幀數完全沒有變化!
posted on 2009-01-04 21:15 flagship 閱讀(5635) 評論(7)  編輯 收藏 引用 所屬分類: FlagshipEngine

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# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-01-05 09:20 LOGOS
yf同學吧。使勁的踩一下,oye,處女踩
我看過的一個同步方案,和你的不同
邏輯線程在每幀結束的時候,將新的渲染context同步到渲染線程中
渲染線程在沒有新的context的仍用老的context渲染

你使用了過于底層的數據結構作為數據的同步方案,看起來以后的拓展性不是太好。
另外,jl同學說了,m_index=index在intel的CPU上也許是原子操作,但是其他CPU就不一定了。所以read方法讀取到的是不是一個合法的索引值很難說
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# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-01-05 10:41 flagship
啊!被發現了。。hwh同學。。你也在這里啊
你看過的同步方案,給我個鏈接吧

安全性的問題,我查過,在32位x86 CPU上int的賦值應該是原子操作,不過考慮保險,想試著改成InterlockedIncrement試試看,不知道會不會損失效率
@LOGOS
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# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-01-05 11:08 LOGOS
http://www.cnblogs.com/cproom/archive/2007/11/26/972548.html
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# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-01-16 11:06 落魄江湖-隨風而行
第一次嘗試評論,先測試一下  回復  更多評論
  

# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-01-16 11:22 落魄江湖-隨風而行
關于多線程(或smp)渲染,是一個比較麻煩的手段,通過doom3 sdk結合quake3源代碼,我這里也總結一下DOOM3/QUAKE3的多線程(SMP)渲染技術框架,供參考。
首先定義邏輯,邏輯端不涉及任何渲染操作和資源載入,僅僅是各個ENTITY的動態變化和物理碰撞檢測等,可以形成一套腳本語言,分配一個線程,稱為腳本線程,專門從事業務邏輯處理,邏輯代碼由邏輯程序員編寫。
其次,定義渲染,渲染分為兩個線程,即渲染前端線程和渲染后端線程
渲染前端線程的主要作用是進行場景管理,可視性檢測,形成COMMAND BUFFFER命令,在渲染前端線程里面不涉及到任何的渲染API的調用,例如GL/D3D等,然后由渲染前端將可視化的渲染數據提交給渲染后端,渲染后端從COMMANDBUFFER中獲得渲染數據后,進行BATCH,設置渲染狀態等,提交給渲染API進入GPU硬件流水線
使用COMMAND BUFFER事實上已經成為并行渲染系統的標準解決方案了,D3D FOR XBOX版本的API函數里面包含COMMAND BUFFER接口,事實上QUAKE3是第一個引擎使用COMMAND BUFFER實現SMP渲染的引擎。

隨風而行 QQ群 38224573 3D引擎研發[1]

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# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-01-16 16:06 flagship
@落魄江湖-隨風而行
COMMAND BUFFER 我不太了解,這就去查一下
我想問的是:邏輯線程如何與渲染前端線程同步的?  回復  更多評論
  

# re: 3D引擎多線程:渲染與邏輯分離 2009-02-05 16:21 conan
這個就是和ringbuffer差不多  回復  更多評論
  

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