Forward-, Deferred- oder Forward+-Rendering auswählen

Mit der Arbeitslast beginnen

Eine Rendering-Architektur legt fest, wann sichtbare Oberflächen beleuchtet werden und welche Zwischendaten erhalten bleiben müssen. Die Wahl sollte anhand repräsentativer Szenen erfolgen: Ein kleiner Innenraum, eine belebte nächtliche Strasse und eine von Glas dominierte Ansicht können unterschiedliche Ressourcen belasten. Zu zählen sind überlappende Lichter und schattierte Pixel, nicht nur die im Level platzierten Lichter.

Die drei Mechanismen auseinanderhalten

Forward Rendering wertet Material und Beleuchtung gemeinsam aus. Deferred Shading speichert zunächst die Attribute opaker Oberflächen in einem G-Buffer und beleuchtet diese Attribute anschliessend; zusätzlicher Speicherbedarf und die Darstellung der Materialien werden dadurch zu Architekturfragen. Transparenz benötigt üblicherweise einen separaten Pfad, und Multisample-Antialiasing (MSAA) erfordert zusätzliche Sorgfalt. [1][3]

Forward+ behält das Material-Shading im Forward-Stil bei, baut aber räumliche Lichtlisten auf, häufig über per Compute erzeugte Bildschirm-Tiles. Fragmente werten dann die Kandidatenlichter ihres Tiles aus. Das Sample von AMD enthält eine Originalimplementierung dieser Arbeitsteilung. [2]

Eine Bandbreitenabschätzung durchrechnen

Angenommen sei ein illustrativer G-Buffer mit 1920 × 1080 Pixeln und 16 Bytes pro Pixel. Ein vollständiges Bild belegt 33'177'600 Bytes, rund 31.6 MiB, noch ohne Tiefe, Multisampling oder Hilfspuffer. Ein vollständiger Schreib- und ein vollständiger Lesezugriff bei 60 Bildern pro Sekunde entsprechen etwa 3.98 GB/s an logischem Datenverkehr.

Diese Rechnung ist eine Planungsschätzung und keine gemessene Bandbreite des externen Speichers: Kompression, Caches, tile-lokaler Speicher und zusätzliche Passes verändern den tatsächlichen Datenverkehr. Sie dient dazu, zu klären, ob ein zusätzlicher Materialkanal seine Kosten rechtfertigt. Für Forward+ ist eine entsprechende Abschätzung für Tile-Header, Lichtindizes und die Behandlung von Überläufen anzustellen.

Einen kontrollierten Vergleich durchführen

Auflösung, Lichter, Materialien, Schattenqualität und Belichtung sind identisch zu halten. GPU-Zeiten sind für Tiefenvorbereitung, Listenaufbau, Shading opaker Objekte, Transparenz und Resolves zu erfassen. Neben dem ungünstigsten Tile sollte auch die Verteilung der Listenlängen festgehalten werden; ein Durchschnittswert kann eine hell ausgeleuchtete Kreuzung verbergen.

Eine Kamerafahrt durch Partikel und Glas gehört dazu. Nutzen die Listen Tiefengrenzen der opaken Geometrie, ist ausdrücklich zu prüfen, dass transparente Fragmente alle relevanten Lichter behalten. Die Anzahl der Kandidaten ist zu visualisieren und das Kapazitätslimit zu erzwingen, um zu bestätigen, dass ein Überlauf zu einem definierten Fallback führt und nicht zu fehlender Beleuchtung.

Die Grenzen erkennen

Eine Lichtliste verringert unnötige Beleuchtungsarbeit; sie senkt jedoch nicht automatisch den Aufwand für das Rendern von Schatten, die Materialkomplexität oder den Overdraw bei Transparenz. Deferred MSAA ist möglich, doch das Erhalten und Shading der Sample-Informationen verursacht Kosten. [1][3]

Die Wahl ist als Entscheidung über ein gemessenes Budget zu behandeln. Ein Hybrid kann angemessen sein, aber jeder zusätzliche Pfad erhöht den Wartungsaufwand für Shader und den Aufwand, die Bildergebnisse aufeinander abzustimmen. Die Szenen, die die Entscheidung begründet haben, sind zu dokumentieren, und der Vergleich ist zu wiederholen, sobald sich die Inhaltsmischung ändert.

Quellen

• [1] Forward, Forward+, and Deferred — Khronos Group.
• [2] ForwardPlus11 sample — AMD GPUOpen.
• [3] Deferred Shading in Tabula Rasa — Rusty Koonce, NVIDIA GPU Gems 3.