Меш-шейдеры и мешлеты: организация геометрии для совместной обработки

Рассматривайте геометрию как совместную задачу

Меш-шейдер позволяет рабочей группе создавать ограниченный набор вершин и примитивов для растеризации. Потоки могут совместно декодировать и преобразовывать данные, выбирать примитивы, а затем выдавать результат. Необязательный этап task может определять число запускаемых рабочих групп меш-шейдеров и передавать им данные. Проект функции Vulkan описывает эти обязанности и ограничения. [1]

Мешлеты — распространённая организация ресурсов для такой модели: небольшие группы треугольников с локальным набором вершин. Это не означает, что каждый меш-шейдер обязан читать одинаковый заранее подготовленный формат; другой вариант использования — процедурная геометрия.

Формируйте группы под конкретную задачу

Мешлету обычно нужны локальные индексы треугольников, отображение на данные вершин и метаданные, например ограничивающие объёмы. Компактные локальные индексы могут сокращать хранение топологии, а пространственно связные группы — делать совместное отбрасывание полезным. Пример NVIDIA показывает построение мешлетов, их заполнение и статистику отбрасывания. [2]

Выбирайте критерии группировки совместно. Максимизация одного лишь заполнения треугольниками может приводить к неточным границам или плохому повторному использованию вершин. Очень маленькие группы увеличивают метаданные и накладные расходы планирования; слишком крупные потребляют больше ресурсов и могут сохранять много геометрии лишь потому, что видна часть группы.

Пример расчёта: учитывайте таблицу соответствия

Пусть условный формат хранения описывает группу с 48 уникальными вершинами и 80 треугольниками. По одному байту на локальный индекс треугольника требуется 80 * 3 = 240 байт. Таблица с одним глобальным 32-битным индексом на локальную вершину занимает 48 * 4 = 192 байт. Вместе эти массивы занимают 432 байта.

Обычный список с глобальными 32-битными индексами для каждого угла треугольника требует 80 * 3 * 4 = 960 байт. Сравнение не включает заголовки, выравнивание, ограничивающие объёмы и атрибуты вершин. Оно также не учитывает повторяющиеся ссылки на вершины между группами. Это расчёт формата, а не обязательная раскладка API или измеренный выигрыш производительности.

Сначала проверяйте выдаваемую геометрию

Начните с известной сетки и отключите отбрасывание. Окрасьте группы разными цветами и сравните позиции, порядок обхода вершин, назначение материалов и интерполированные атрибуты с обычным путём. Проверьте согласованность объявленных максимумов, фактического числа выходов и индексов примитивов. Запрашивайте поддерживаемые функции, ограничения и предпочтения реализации устройства, вместо жёсткой фиксации любимого размера групп одного производителя. [1][2]

Затем постепенно добавляйте совместное отбрасывание и оптимизацию загрузки атрибутов. Проверяйте деформированные сетки, граничные группы и сцены, где сохраняются почти все примитивы. Явно задавайте синхронизацию и ответственность за общие данные внутри рабочей группы.

Оценивайте полную стоимость

Меш-шейдинг способен переносить работу и менять размер отдельных задач, но не гарантирует ускорения кадра. Выходные атрибуты, общая память, регистровое давление и накладные расходы task-этапа могут свести экономию на нет. [2] Сравнивайте характерные материалы и распределения видимости, включая простые объекты. Сохраняйте подходящий путь рендеринга для устройств без этой функции и учитывайте время создания групп и память ресурсов в бюджете реализации.

Источники

• [1] VK_EXT_mesh_shader Feature Proposal — Khronos Group, Vulkan feature design.
• [2] Mesh Shader CAD Scene Sample — NVIDIA nvpro-samples, original implementation.