一种绘制流水线配置参数的自动优化方法

摘要

近年来，游戏市场的快速增长促进了实时图形绘制技术进步。实时绘制中几何体从内存数据到GPU中进行光照计算最后生成像素的过程，称为绘制流水线。游戏公司为了改进游戏画面与运行效率，一般会针对其产品，让开发人员从事可编程着色器的编写以及绘制流水线的组建，搭建各自的绘制流水线。由于绘制流水线是影响实时绘制程序效率与画面质量的关键因素，对它的优化也成为一个重要研究方向。一个解决办法是对绘制参数进行优化，已有的工作包括对几何体优化，贴图优化，着色器简化等等。我们想要解决的问题是绘制流行线中各个绘制效果配置的优化。一般的，一个游戏的绘制显示部分会包含若干参数选项供玩家调整，以便适应不同的硬件性能条件。然而这一过程通常是粗糙的，可能由使用者自己尝试或者根据某一硬件型号直接给定参数。
　　本研究提出了一种绘制时间和画面质量的权衡优化方法，给定时间预算下选择最好的参数进行绘制。我们把这个问题转化为一个图像误差和绘制时间的多目标优化问题。然后，我们使用了一种包含两个阶段的算法来有效地探索不同参数下画面误差与绘制时间，并取得最优参数。我们首先对场景进行了空间划分，在某些特定视点下，使用遗传算法和计算和保存了最优参数的帕累托曲线，并且我们在运行时使用帕累托前线上的绘制参数优化绘制程序。我们展示了该方法在自己的OpenGL绘制程序上的运行结果。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究内容和目标

1．3 文章组织结构

1．4 本章小结

第2章 相关工作

2．1 绘制流水线优化工作

2．1．1 绘制架构的优化

2．1．2 绘制流水线的参数优化

2．2 画面误差度量工作

2．3 本章小结

3．1 图形绘制过程

3．2 绘制流水线的含义

3．3 问题描述

3．4 方法阐述

3．4．1 给定视点下的多目标函数优化问题

3．4．2 给定视点下的配置优化

3．4．3 帕累托曲线计算方法

3．5 相机参数空间的采样

3．5．1 基于八叉树的相机参数空间分割

3．5．2 帕累托曲线的距离比较

3．6 绘制流水线参数优化工作流程

3．6．2 运行时优化

3．6．3 绘制程序与优化程序的通信

3．7 本章小结

第4章 绘制程序实现细节

4．1 绘制程序所需功能

4．2 多pass绘制框架

4．3 用于算法切换的绘制技术的选择与实现

4．3．1 阴影技术概述

4．3．2 反走样技术概述

4．3．3 环境光遮挡技术概述

4．4 其他绘制技术的实现

4．4．1 基于物理的着色

4．4．2 色调映射

4．5 本章小结

第5章 实验结果

5．1 实验环境与使用场景

5．2 测量方法

5．2．1 帧时间测量

5．3 实验步骤

5．4 实验选择的绘制参数选项

5．5 结果分析

5．5．1 不同参数的运行时间对比

5．5．2 平均运行时间分析

5．6 帕累托优化方法分析

5．7 本章小结

第6章 总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢