几种多线程3D引擎架构的比较

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作者： flagship

原文： 几种多线程3D引擎架构的比较

首先我们得明确3D引擎使用多线程的目的所在：
1、在CPU上进行的逻辑计算（比如骨骼动画粒子发射等）不影响渲染速度
2、较差的GPU渲染速度的低下不影响逻辑速度

      第一个目标已经很明确了，我来解释下需要达到第二个目标的原因：许多动作游戏的逻辑判定是基于帧的，所以在渲染较慢的情况下，逻辑不能跳帧，而仍然需要严格执行才能保证游戏逻辑的正确性，这就导致了游戏速度的放慢，而实际上个人认为渲染保持15帧以上就已经可以正常进行游戏了。
      在较差的GPU上跑《鬼泣4》《刺客信条》《波斯王子4》简直就像是慢镜头一样，完全没法玩。而实际上CPU跑满帧是没有问题的，如果能把逻辑帧和渲染帧彻底分离，即使渲染帧达不到要求，但CPU仍能正确的执行游戏逻辑，就可以解决动作游戏对GPU要求过高的问题。

      我们先来看多线程Ogre的两种架构，第一种是middle-level multithread


      如上图所示，每个需渲染的实体被复制成了两份，主线程和渲染线程交替更新和渲染同一个实体的两个备份，并在一帧结束时同步，这种解决方案达到了第一个目标而并没有达到第二个目标，同时两份实体的维护也相对复杂，并且没法为更多核数的CPU进行扩展优化。
      第二种Ogre多线程的方法是 low-level multithread

      如图，将D3D对象复制两份，同样是在帧结束时同步并交换，和上面的优缺点类似。两种多线程Ogre的解决方案都是在引擎层完成的，对上层应用透明，对于用户而言无需考虑多线程细节，这点是非常不错的。

      接下来我们来看SIGGRAPH2008上，id soft提出的多线程3D引擎的方案
      这里是已PS3的引擎结构为例的，与PC有较大的差别，其中SPU是Cell芯片的8个协处理器，拥有强大的并行能力，id的解决方案在SPU上进行了诸如骨骼动画、形变动画、顶点和索引缓存的压缩、Progressive Mesh的计算等诸多内容，同时与PPU上的物理计算RSX上的渲染工作交错进行，最大化的利用了PS3的硬件结构，最终的游戏产品《Rage》很快就会面世了！

      最后是我的解决方案

      特点是逻辑完全分离，无需同步，虽然成功的达到了文章开始提出的两个目标，但对于引擎的使用者必须考虑多线程的诸多问题，各种计算需放在哪个线程，如何在两个线程间交互，都需要深入思考，所以要应用到实际的游戏制作，恐怕还有很长的一段路要走。
      结合目前的架构和上面看到的几种多线程架构，同时也为了迎接DX11的到来，我准备将我的方案进一步改进成如下所示

      场景剪裁与提交渲染交替进行，并在渲染帧末进行一次同步，而多个渲染表面的场景剪裁可再并行执行。
      图片多，文字少，需更详细资料请自行google，本文就此结束！