WebGL muutuva varjutussageduse konfigureerimine: Kvaliteedikontrolli seadistus

Muutuv varjutussagedus (VRS) on võimas tehnika, mis võimaldab arendajatel valikuliselt vähendada varjutussagedust renderdatud pildi teatud aladel. See võib oluliselt parandada jõudlust, eriti mobiilseadmetes ja madalama klassi riistvaras, ilma et visuaalne kvaliteet drastiliselt langeks. VRS-i korrektne konfigureerimine ja ühtlase visuaalse kvaliteedi tagamine erinevates riistvarades ja brauserites nõuab aga tugevat kvaliteedikontrollisüsteemi. See artikkel pakub põhjalikku juhendit sellise süsteemi seadistamiseks WebGL-is.

Muutuva varjutussageduse mõistmine WebGL-is

Enne kvaliteedikontrolli süvenemist on oluline mõista VRS-i põhitõdesid WebGL-is. WebGL2 pakub `EXT_fragment_shading_rate` laiendust, mis võimaldab arendajatel kontrollida pikslite arvu, mida töödeldakse ühe fragmendivarjuri väljakutsega. Vähendades varjutussagedust aladel, kus detailsus on vähem oluline (nt kauged objektid, udused alad), saame vähendada GPU koormust, parandades seeläbi jõudlust ja energiatarbimist.

Põhimõte seisneb selles, et kõik pikslid ei ole võrdsed. Mõned pikslid vajavad täpsemat varjutamist kui teised. VRS võimaldab meil arukalt jaotada GPU ressursse sinna, kus need on kõige olulisemad, tulemuseks on tõhusam renderdustorustik.

Põhimõisted ja terminoloogia

• Fragmendi varjutussagedus: Ühe fragmendivarjuri väljakutsega töödeldavate pikslite arv. Madalam sagedus tähendab vähem varjuri väljakutseid.
• Varjutussageduse kombineerimise operatsioonid: Operatsioonid, mis kombineerivad erinevaid varjutussagedusi erinevatest allikatest (nt primitiiv, tekstuur, vaateaken).
• Fragmendi varjutussageduse manus: Tekstuurimanus, mis salvestab piksli-põhise varjutussageduse teabe.
• Jäme piksel: Pikslite plokk, mida varjutatakse ühe fragmendivarjuri väljakutsega, kui kasutatakse vähendatud varjutussagedust.

Riistvaralised kaalutlused

VRS-i tugi varieerub oluliselt erinevates riistvarades ja brauserites. Kõik GPU-d ei toeta VRS-i ja isegi neil, mis seda toetavad, võivad olla erinevad võimekused ja piirangud. Seetõttu on kvaliteedikontrollisüsteemi seadistamisel kriitilise tähtsusega esimene samm riistvaramaastiku mõistmine.

GPU tugi

Peate tuvastama, millised GPU-d toetavad `EXT_fragment_shading_rate` laiendust. Seda saab teha WebGL-i laienduste päringu kaudu:

            const ext = gl.getExtension('EXT_fragment_shading_rate');
if (ext) {
  console.log('VRS on toetatud!');
} else {
  console.warn('VRS ei ole selles seadmes toetatud.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Siiski ei piisa ainult laienduse toe kontrollimisest. Peate arvestama ka järgnevaga:

• Maksimaalne varjutussagedus: Maksimaalne varjutussagedus, mida GPU toetab. Mõned GPU-d võivad toetada ainult 1x2 või 2x1, samas kui teised toetavad 2x2 või isegi 4x4.
• Varjutussageduse granulaarsus: Jämeda piksli ploki suurus. Mõnel GPU-l võib olla minimaalne ploki suurus 2x2, isegi kui taotlete väiksemat sagedust.
• Jõudlusomadused: Erinevate varjutussageduste mõju jõudlusele võib oluliselt varieeruda sõltuvalt GPU arhitektuurist ja fragmendivarjuri keerukusest.

Brauseri tugi

Ka brauseri tugi `EXT_fragment_shading_rate` laiendusele on ülioluline. Kontrollige brauserite ühilduvustabeleid ja kaaluge funktsioonituvastuse kasutamist, et tagada VRS-i kättesaadavus enne selle lubamist. Erinevad brauserid võivad laiendust rakendada erineva optimeerimistasemega, mis võib mõjutada jõudlust ja visuaalset kvaliteeti.

Näide: Kujutage ette stsenaariumi, kus arendate WebGL-mängu, mis on suunatud nii lauaarvuti- kui ka mobiiliplatvormidele. Lauaarvuti GPU-d toetavad tõenäolisemalt kõrgemaid varjutussagedusi ja peenemat granulaarsust kui mobiilsed GPU-d. Teie kvaliteedikontrollisüsteem peab neid erinevusi arvesse võtma ja tagama, et mäng näeks hea välja ja toimiks hästi mõlemat tüüpi seadmetes.

Kvaliteedikontrolli torustiku seadistamine

Tugev kvaliteedikontrolli torustik on hädavajalik tagamaks, et VRS on korrektselt rakendatud ja et see ei tekita soovimatuid visuaalseid artefakte. Torustik peaks sisaldama järgmisi komponente:

1. Teststseenide arendamine

Looge rida teststseene, mis on spetsiaalselt suunatud VRS-ile. Need stseenid peaksid sisaldama:

• Erineva detailsusastmega stseenid: Kaasake stseenid kõrgsageduslike tekstuuride, keeruka geomeetria ja sujuvate gradientidega aladega.
• Erinevate valgustingimustega stseenid: Testige VRS-i erinevates valgusstsenaariumides, sealhulgas ereda päikesevalguse, varjude ja peegelduste korral.
• Liikumisega stseenid: Kaasake stseenid liikuvate objektide ja kaamera liikumisega, et hinnata VRS-i ajalist stabiilsust.

Need teststseenid peaksid olema kavandatud nii, et need tooksid esile VRS-iga seotud potentsiaalsed probleemid, näiteks:

• Aliasimine: Vähendatud varjutussagedused võivad süvendada aliasimise artefakte, eriti servades ja kõrge kontrastsusega aladel.
• Varjutamise artefaktid: Järskud muutused varjutussageduses võivad tekitada renderdatud pildil nähtavaid katkestusi.
• Jõudlusprobleemid: Valesti konfigureeritud VRS võib tegelikult jõudlust halvendada, mitte parandada.

Näide: Võidusõidumängu teststseen võiks sisaldada detailsete tekstuuridega rada, autode peegeldusi ja liikumisest tingitud udusust. VRS-i konfiguratsiooni tuleks testida erinevatel kiirustel ja erinevates ilmastikutingimustes, et tagada visuaalse kvaliteedi vastuvõetavus.

2. Automatiseeritud testimine

Automatiseeritud testimine on ülioluline, et tagada ühtlane visuaalne kvaliteet erinevates riistvarades ja brauserites. See hõlmab teststseenide käitamist erinevatel seadmetel ja renderdatud väljundi automaatset võrdlemist võrdluspiltide kogumiga.

Siin on juhend automatiseeritud testimissüsteemi seadistamiseks:

• Võrdluspiltide salvestamine: Renderdage teststseenid teadaolevalt hea VRS-i konfiguratsiooniga (või ilma VRS-ita) võrdlusseadmel ja salvestage väljund võrdluspiltidena.
• Testide käitamine sihtseadmetes: Käitage teststseenid sihtseadmetes testitava VRS-i konfiguratsiooniga.
• Piltide võrdlemine: Võrrelge renderdatud väljundit võrdluspiltidega, kasutades piltide võrdlemise algoritmi.
• Aruandlus: Genereerige aruanne, mis näitab, kas test läbiti või ebaõnnestus, ja esitage üksikasjad tuvastatud visuaalsete erinevuste kohta.

Piltide võrdlemise algoritmid:

Automatiseeritud testimiseks saab kasutada mitmeid piltide võrdlemise algoritme, sealhulgas:

• Pikslite erinevus: Võrdleb kahe pildi iga piksli värviväärtusi. See on kõige lihtsam algoritm, kuid ka kõige tundlikum väikestele variatsioonidele.
• Struktuurse sarnasuse indeks (SSIM): Keerukam algoritm, mis võtab arvesse kahe pildi struktuurset sarnasust. SSIM on vähem tundlik väikestele variatsioonidele ja seda peetakse üldiselt paremaks tajutava sarnasuse mõõdikuks.
• Tajutav räsi (pHash): Arvutab iga pildi jaoks räsiväärtuse ja võrdleb neid väärtusi. pHash on vastupidav väikestele variatsioonidele ja suudab tuvastada olulisi erinevusi isegi siis, kui pildid on veidi moonutatud.

Näide: Testimisprotsessi automatiseerimiseks võiksite kasutada peata brauserit nagu Puppeteer või Playwright. Need tööriistad võimaldavad teil programmiliselt käivitada brauseri, navigeerida oma WebGL-i rakendusse, käivitada teststseenid ja salvestada renderdatud väljundi. Seejärel saate kasutada JavaScripti teeki nagu `pixelmatch` või `ssim.js`, et võrrelda renderdatud väljundit võrdluspiltidega.

            // Näide, kasutades Puppeteeri ja pixelmatchi
const puppeteer = require('puppeteer');
const pixelmatch = require('pixelmatch');
const fs = require('fs');

async function runTest(url, referenceImage, outputImage) {
  const browser = await puppeteer.launch();
  const page = await browser.newPage();
  await page.goto(url);
  await page.waitForTimeout(5000); // Anna aega renderdamiseks
  await page.screenshot({ path: outputImage });
  await browser.close();

  const img1 = fs.readFileSync(referenceImage);
  const img2 = fs.readFileSync(outputImage);
  const width = 1024; // Asenda tegeliku laiusega
  const height = 768; // Asenda tegeliku kõrgusega
  const diff = new Uint8Array(width * height * 4);

  const numDiffPixels = pixelmatch(img1, img2, diff, width, height, { threshold: 0.1 });

  fs.writeFileSync('diff.png', Buffer.from(diff));

  console.log('Erinevate pikslite arv:', numDiffPixels);

  return numDiffPixels === 0; // Test läbitakse, kui pikslid ei erine
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. Visuaalne kontroll

Kuigi automatiseeritud testimine on hädavajalik, ei tohiks see olla ainus kvaliteedikontrolli vorm. Kogenud graafikainseneride visuaalne kontroll on samuti ülioluline peenete visuaalsete artefaktide tuvastamiseks, mida automatiseeritud testid ei pruugi tabada. See on eriti oluline VRS-i tajutava mõju hindamisel.

Visuaalse kontrolli käigus peaksid insenerid otsima:

• Aliasimise artefaktid: Sakilised servad, virvendavad tekstuurid.
• Varjutuse katkestused: Nähtavad üleminekud või astmed varjutuses.
• Ajaline ebastabiilsus: Vilkuvad või hüppavad artefaktid liikumise ajal.
• Üldine visuaalne kvaliteet: Subjektiivne hinnang visuaalsele täpsusele võrreldes võrdluspildiga või mitte-VRS implementatsiooniga.

Näide: Graafikainsener võib visuaalselt kontrollida stseeni peegeldava pinnaga, et otsida VRS-ist põhjustatud artefakte peegeldustes. Samuti võiks ta võrrelda stseeni jõudlust VRS-iga ja ilma, et veenduda, kas jõudluse kasv on väärt potentsiaalseid visuaalseid kompromisse.

4. Jõudluse jälgimine

VRS on mõeldud jõudluse parandamiseks, seega on oluline jälgida jõudlusmõõdikuid, et tagada selle tegelik soovitud mõju. Kasutage WebGL-i profileerimisvahendeid ja brauseri arendajatööriistu, et mõõta:

• Kaadrisagedus: Mõõtke sekundis renderdatud kaadrite arvu (FPS).
• GPU aeg: Mõõtke aega, mis kulub GPU-l iga kaadri renderdamiseks.
• Varjuri kompileerimisaeg: Jälgige varjurite kompileerimisaegu, kuna VRS-i konfiguratsioonid võivad nõuda erinevaid varjuri variante.

Võrrelge jõudlusmõõdikuid VRS-iga ja ilma, et kvantifitseerida jõudluse kasvu. Jälgige ka jõudlust erinevates riistvarades ja brauserites, et tuvastada jõudluse kitsaskohti või ebakõlasid.

Näide: Võite kasutada Chrome'i DevTools'i vahekaarti "Performance", et salvestada oma WebGL-i rakenduse jõudlusprofiil koos VRS-iga ja ilma selleta. See võimaldab teil tuvastada jõudluse kitsaskohti ja mõõta VRS-i mõju GPU ajale ja kaadrisagedusele.

5. Kasutajate tagasiside

Kasutajatelt tagasiside kogumine võib anda väärtuslikku teavet VRS-i tegeliku mõju kohta. Seda saab teha beetatestimisprogrammide, küsitluste või kasutajate arvustuste ja foorumite arutelude jälgimise kaudu.

Paluge kasutajatel anda tagasisidet järgmise kohta:

• Visuaalne kvaliteet: Kas nad märkavad visuaalseid artefakte või visuaalse kvaliteedi langust?
• Jõudlus: Kas nad kogevad jõudluse paranemist või aeglustumist?
• Üldine kogemus: Kas nad on rahul rakenduse üldise visuaalse kogemuse ja jõudlusega?

Kasutage seda tagasisidet oma VRS-i konfiguratsiooni täiustamiseks ja probleemide tuvastamiseks, mida automatiseeritud testimise või visuaalse kontrolli käigus ei pruugitud avastada.

VRS-i konfigureerimise strateegiad

Optimaalne VRS-i konfiguratsioon sõltub konkreetsest rakendusest ja sihtriistvarast. Siin on mõned levinumad strateegiad:

Sisuteadlik varjutamine

Reguleerige dünaamiliselt varjutussagedust vastavalt renderdatavale sisule. Näiteks vähendage varjutussagedust madala detailsusega aladel, nagu kauged objektid või udused taustad, ja suurendage varjutussagedust kõrge detailsusega aladel, nagu esiplaanil olevad objektid või teravate servadega alad.

Seda saab saavutada erinevate tehnikate abil, näiteks:

• Sügavuspõhine VRS: Vähendage varjutussagedust objekti kauguse alusel kaamerast.
• Liikumispõhine VRS: Vähendage varjutussagedust suure liikumisega aladel, kuna inimsilm on liikuvate objektide detailide suhtes vähem tundlik.
• Tekstuuripõhine VRS: Vähendage varjutussagedust madalsageduslike tekstuuridega aladel.

Jõudluspõhine varjutamine

Reguleerige varjutussagedust rakenduse hetke jõudluse alusel. Kui kaadrisagedus langeb alla teatud läve, vähendage jõudluse parandamiseks varjutussagedust. Vastupidi, kui kaadrisagedus on piisavalt kõrge, suurendage visuaalse kvaliteedi parandamiseks varjutussagedust.

Seda saab rakendada tagasisideahela abil, mis jälgib kaadrisagedust ja kohandab dünaamiliselt VRS-i konfiguratsiooni.

Astmeline varjutamine

Looge erinevad VRS-i konfiguratsioonid erinevate riistvaraklasside jaoks. Madalama klassi riistvara saab jõudluse parandamiseks kasutada agressiivsemaid varjutussagedusi, samas kui kõrgema klassi riistvara saab visuaalse kvaliteedi maksimeerimiseks kasutada vähem agressiivseid varjutussagedusi.

See eeldab sihtseadmete riistvaravõimekuse ja jõudlusomaduste tuvastamist ning iga klassi jaoks kohandatud VRS-i konfiguratsioonide loomist.

Parimad tavad

Siin on mõned parimad tavad VRS-i rakendamiseks WebGL-is:

• Alustage konservatiivselt: Alustage väikeste varjutussageduse vähendamistega ja suurendage vähendamist järk-järgult, kuni saavutate soovitud jõudluse kasvu.
• Eelistage visuaalset kvaliteeti: Eelistage alati visuaalset kvaliteeti jõudlusele. Vältige agressiivsete varjutussageduste kasutamist, mis tekitavad märgatavaid visuaalseid artefakte.
• Testige põhjalikult: Testige oma VRS-i konfiguratsiooni erinevatel riistvaradel ja brauserites, et tagada ühtlane visuaalne kvaliteet ja jõudlus.
• Kasutage visuaalseid silumisvahendeid: Kasutage visuaalseid silumisvahendeid varjutussageduste visualiseerimiseks ja alade tuvastamiseks, kus VRS tekitab artefakte.
• Arvestage kasutaja eelistustega: Lubage kasutajatel kohandada VRS-i sätteid vastavalt oma eelistustele ja riistvara võimekusele.

Kokkuvõte

Muutuv varjutussagedus on võimas tööriist WebGL-i rakenduste jõudluse parandamiseks. See nõuab aga hoolikat konfigureerimist ja tugevat kvaliteedikontrollisüsteemi, et vältida soovimatute visuaalsete artefaktide tekkimist. Järgides selles artiklis esitatud juhiseid ja parimaid tavasid, saate VRS-i oma WebGL-i rakendustes tõhusalt rakendada ning saavutada optimaalse jõudluse ja visuaalse täpsuse laias valikus riistvarades ja brauserites.

Pidage meeles, et eduka VRS-i rakendamise võti on pidev testimine, visuaalne kontroll ja kasutajate tagasiside. Jälgides pidevalt oma VRS-i konfiguratsiooni jõudlust ja visuaalset kvaliteeti, saate tagada, et see pakub teie kasutajatele parimat võimalikku kogemust.

Lisalugemist

• WebGL EXT_fragment_shading_rate laienduse spetsifikatsioon
• GPU tootjate dokumentatsioon muutuva varjutussageduse kohta
• Artiklid ja ettekanded VRS-tehnikate kohta