渲染管线优化
从顶点到像素，系统化降低每帧开销，让管线轻盈流畅。
4.1 渲染管线概述
现代渲染管线是一系列有序的数据处理阶段，将三维场景转化为二维图像。主要分为应用阶段（CPU）、几何阶段（顶点处理）和光栅化阶段（片元处理）。每一阶段都可能成为帧率瓶颈。
4.2 顶点处理优化
顶点处理是几何阶段的基石，涉及模型变换、光照计算、顶点着色等。优化顶点处理能显著降低CPU/GPU负载。
核心优化策略
- 顶点缓存与重用：使用索引缓冲区，避免重复顶点。
- LOD (细节层次)：根据距离切换低面模型。
- GPU实例化：一次绘制调用渲染多个相同物体。
- 顶点压缩：使用半精度浮点或量化。
💡 实战建议： 在顶点着色器中尽量使用标量运算，避免动态分支；将骨骼矩阵预计算后传入常量缓冲区。
4.3 片元处理优化
片元（像素）着色是渲染管线中最耗时的阶段之一，尤其在高分辨率下。优化目标是减少过度绘制与复杂运算。
| 优化技术 | 描述 | 帧率提升参考 |
|---|---|---|
| Early-Z / 深度预测试 | 在片元着色前剔除不可见像素 | 20% ~ 40% |
| 降低着色分辨率 | 使用半分辨率或动态分辨率缩放 | 30% ~ 50% |
| 简化片元着色器 | 减少指令、避免高精度运算 | 15% ~ 35% |
| 合并渲染目标 (MRT) | 减少渲染通道 | 10% ~ 25% |
片元着色器代码示例 (优化前后)
// 优化前：高精度 + 动态分支
precision highp float;
void main() {
vec3 color;
if (gl_FragCoord.x < 400.0) {
color = vec3(0.9, 0.2, 0.3);
} else {
color = vec3(0.2, 0.6, 0.9);
}
gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
}
// 优化后：mediump + 无分支 (mix)
precision mediump float;
void main() {
float t = step(400.0, gl_FragCoord.x);
vec3 color = mix(vec3(0.9, 0.2, 0.3), vec3(0.2, 0.6, 0.9), t);
gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
}