【GAD翻译馆】没有人告诉你有关显卡落后1帧后的事情

翻译：李庆璐（滴血红豆）  审校：翁僖骏（∈星际长途←）

我们的新游戏《王牌英雄》在各方面比《剑与勇士》的更复杂，所以为了能在所有平台上获得良好的帧率，我们需要认真地看待性能。现在在尝试优化的同时，我发现我完全误解了显卡的一个重要部分。

我曾经读过几本关于实时图形编程的书（包括整个OpenGL红皮书），但不知为什么，我从来没有读到相关的内容。所以当我发现时，我和其他几位有经验的图形学程序员交谈过，结果大多数人也不知道这一点。所以我想我的很多读者会觉得这很有趣。对于那些已经知道这一点的读者：为什么没人告诉我？！

那么我在说什么呢？我一直认为帧的时间安排是这样的：

我一直认为一帧的工作空闲时间对于GPU来说是一个严重的问题。然而，事实证明这种方案是错误的！

一旦你开始调用显卡并渲染它，显卡就开始处理它们。然后，显卡通常调用它们并不会像接收一样快，所以当所有的帧被调用接收时，CPU会等显卡处理程序完成，然后再处理下一帧。

这个方案非常糟糕，因为它包含两个等待期:GPU和CPU在某一时刻都在等待，而且在这段等待期却什么也不做。这样浪费了性能。

我在《王牌英雄》上创建了一些定时器，我发现CPU花费了大量的时间等待GPU来调用SDL_GL_SwapBuffers之类的函数。我在我们引擎的所有版本中进行了测试，在每个平台上都发生过，索尼PS3游戏机，微软Xbox 360游戏机，电脑端。

我在一个单独的线程中实现了一个多线程的方案进行等待，这样当我们还在等待GPU完成前一帧的时候，下一个游戏帧就可以被处理了。（这实际上比它听起来复杂的多，但是我现在不考虑细节）。

发生了什么？什么都没发生！电脑端，索尼PS3游戏机，微软Xbox 360游戏机：没有显示任何帧率的改善！啊！所以我到处询问，找出我做错了什么，结果发现上面的方案完全是错误的。这根本不是它的工作原理。这才是这个方案的有效运作方式：

这就是它的工作原理。GPU执行前一帧的渲染，所以它永远不会空闲。这种情况经常发生时，渲染每一帧的时间比CPU多。

所以当你调用D3DPresent函数或者sdl_gl_swapbuffer函数时，在那里花费的时间并不是等待当前帧，而是等待前一帧。对于我上面提到的等待问题，这实际上是一个非常简单和聪明的解决方案，只要GPU比CPU有更多的工作要做，它就永远不需要等待！

这就解释了为什么我的优化方案没有提供什么帮助：正如这张图片所展示的，GPU总是很忙，所以在这里使用多线程来提高CPU的帧率是完全没有用处的。

在这里提到的一个重要的事情是，我不是在讨论三重缓冲。三重缓冲是一个不同的主题，这个方案不管是否打开三重缓冲，都会发生（尽管为了更好地理解三重缓冲，你也需要考虑这个方案）。

注意，这种方案的一个副作用是引入了一些额外的输入延迟：用户输入(例如按下一个按钮跳转)在游戏状态更新中发生，在游戏状态更新和结果显示在屏幕上显示的时间之间的时间增加，由于这个方案，结果显示在屏幕上，但是，帧率也增加很多，所以这绝对是一个值得权衡的方案。

当然，如果你的游戏花在CPU上的时间超过了GPU，那么GPU仍然需要等待：

这就是当渲染GPU所花费的时间比CPU少的时候发生的事情。GPU仍然处于闲置状态，但现在是因为没有更多的工作要做。

现在我的下一个问题是：它在所有平台上都是这样工作的吗？事实证明这是不同的。我到处询问，这就是我所学到的：

每个平台的情况各不相同，所以这里有一个展示了我所了解的每个平台的表格。

在询问周围的情况时，我也了解到，在个人电脑上的某下情况下，驾驶者可能决定不等待。在《抽象赛车》的论坛上，有人说他在申请中输入了很长的时间。事实证明，这是因为GPU比1帧多很多，因为他的CPU几乎没有什么工作要做。所以在他的案例中，这个方案是这样的:

在某些情况下，驾驶者不会等待，现在如果每帧GPU都比CPU长，CPU可以得到大量的时间，这就产生了巨大的输入延迟。

然而，我从来没有见过这种情况发生，所以我不确定什么时候会发生这个问题。我从一个用户那里听说，在Linux下运行时，《抽象赛车》有时会有严重的输入延迟。我自己还没有测试过这个问题，但我怀疑这是同样的问题。

然而，这个问题受到GPU的命令缓冲区大小的限制：当GPU落后太远时，整个缓冲区将会充满命令，所以CPU无法推进任何新命令，迫使CPU等待。

这可以用栅栏桌面(OpenGL和DirectX的高级功能)来解决。栅栏桌面允许你等待，直到GPU到达一个特定的点。您必须自己实现这一点，但它绝对可以保证GPU永远不会落后超过1帧。

总结一下，当你尝试优化你的游戏的时候，请牢记这个方案，并首先确保你的游戏是绑定的GPU还是CPU。在优化《王牌英雄》时，我的错误是我试图优化CPU，而坏的帧数是由GPU引起的。总是检查你的瓶颈!

我之前在博客上发表的关于《抽象赛车》的销售数据的文章，在网上引起了一些非常令人讨厌的评论。我曾试着写一篇非常积极的博文，说我对《抽象赛车》的成绩有多高兴，但Gamasutra网站和其他几个大型游戏网站简单概括为“《抽象赛车》的创造者对你想要的结果感到失望”。一些网站和评论者也对我如何解读销售数据做了一些恶意的误解。很多人认为我是一个抱怨者，有些人甚至对《抽象赛车》和我进行了一些严肃的讨论。这真的很令人讨厌，我做了一个有趣的游戏，特别是因为我对《抽象赛车》的制作非常满意，并且尝试写一个非常积极的博客文章。有趣的是，被误解会让人们在网上讨厌我……无论如何，我无法联系到所有的人，向他们解释我对《抽象赛车》的评论和收入有多高兴，所以我想我只能通过尝试做更酷的游戏来回答!

【版权声明】

原文作者未做权利声明，视为共享知识产权进入公共领域，自动获得授权。