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ios - 与 iOS9 (OGLES2.0) 相比，iOS10/11 下的离屏渲染性能大幅下降

coder 2024-01-22 原文

背景:我们正在开发的游戏在更新到 iOS 10 或 11 的设备上性能急剧下降。两台运行 10.3.3 的 iPhone 6s 只能达到 20-30fps，而仍在运行 8.0 的 iPhone 5s 则轻松达到60 帧/秒。

最近，我将 iPod6 从 ios 9 更新到 ios 11，在运行完全相同的游戏版本时它也从 60 fps 下降到 20-30 fps。

注意:最初 GPU 分析器让我相信这是一个与着色器相关的问题，但这是一个错误的线索。感谢所有在此基础上发表评论的人。

以下是我缩小问题范围的方法:

正常运行时，我们的游戏每帧生成以下屏幕外纹理:

  • 10 个 256x256 的玩家阴影(不涉及 alpha 混合)
  • 11 个 128x256 到 256x256 动画“电视屏幕”纹理
  • 一个 256x512 的“世界反射”纹理，包含场景中一小部分模型。

在 iPhone5s 上，所有这一切都以 60fps 的流畅速度进行。在 iPod6 和 iPhone6s 上，自从更新到 iOS10/11 后，很难达到 30fps。

作为测试，我将所有屏幕外渲染重定向到主帧缓冲区，禁用深度检查并在所有内容上启用 alpha 混合，以确保没有任何东西被瓦片渲染器优化掉。

结果是游戏被迫渲染超过之前十倍的像素数(因为填充 256x256 纹理的渲染现在全部填充 640x1136 屏幕)，所有这些都启用了 alpha 混合(之前有很多它没有混合)，而且它很高兴在 iPod6 上以 60fps 的速度执行此操作。

我知道我仍然可以对离屏渲染进行优化(我目前没有在阴影纹理上标记深度缓冲区以进行丢弃)但这不是重点:5s 正在处理未优化的渲染效果很好，iPod6 也曾经如此，那么在 iOS 10/11 下有什么变化？

重现步骤:

  • 生成 20 个小 (256x256) 纹理并为它们分配帧缓冲区。
  • 每一帧，为每个纹理渲染几个 Sprite ，然后将纹理渲染到屏幕上。
  • OpenGL 对此设置进行分析。
  • 将所有 Sprite 渲染重定向到屏幕(但也保留“将纹理渲染到屏幕”步骤)
  • 分析此设置。在我的测试中，尽管 Sprite 渲染必须覆盖更多的像素，但第二个设置快了 10 毫秒。

最佳答案

根据我的测试，某些 iOS OGLES 实现(特别是 10.3.3 和 11)似乎在优化屏幕交错渲染和屏幕外纹理方面做得非常糟糕。

理想情况下(1)，从在基于图 block 的硬件上的帧期间渲染到多个目的地的角度来看，OpenGL 实现将尽可能长时间地推迟在主帧缓冲区上执行渲染命令，具有去交织此请求序列的效果:

  • 绘制到主帧缓冲区
  • 绘制到纹理 1
  • 将纹理 1 绘制到主帧缓冲区
  • 绘制到纹理 2
  • ...
  • 将纹理 n 绘制到主帧缓冲区

进入这个视觉上等效的执行序列:

  • 绘制到纹理 1
  • 绘制到纹理 2
  • ...
  • 绘制到纹理n
  • 将纹理 1 绘制到主帧缓冲区
  • 将纹理 2 绘制到主帧缓冲区
  • ...
  • 将纹理 n 绘制到主帧缓冲区

后者的顺序要高效得多，因为它避免了对主帧缓冲区内容的重复逻辑加载和存储(2)。

但是，从一个简单的基准测试可以明显看出，与过去相比，较新版本的 iOS 中的实现在执行此优化方面要差得多。

我的基准测试分配了十个 256x256 纹理和十个 512x512 纹理，并为每个纹理分配了一个帧缓冲区。每一帧它都会为每个纹理绘制许多大型 alpha 混合 Sprite ，然后将这些纹理渲染到屏幕上(也是 alpha 混合)。我将其设置为默认情况下以交错顺序执行，然后在触摸屏幕时取消交错。

以下是一系列测试设备的未触摸/触摸(差异)结果:

  • iPhone 5s (iOS 8.0):14 毫秒/11.5 毫秒(2.5 毫秒)
  • iPod 6gen (iOS11):19 毫秒/11.8 毫秒(7.2 毫秒)
  • iPhone6s (iOS10.3.3):17 毫秒/8.2 毫秒(8.8 毫秒)

如您所见，所有设备都受益于手动更正渲染顺序。然而，在类似硬件上，不这样做的惩罚从 iOS8 下的 2.5 毫秒上升到 iOS11 下的惊人的 7.2 毫秒(在 iPod 上安装 iOS11 之前它运行我们的游戏很顺利，所以我觉得得出这个推论是合理的)。在 iPhone6s 上，惩罚甚至更高，这无疑是因为更大的屏幕分辨率。

似乎这种损失部分归因于逻辑加载和存储，部分归因于在将纹理渲染到屏幕之前完成渲染之间的依赖关系引入的停顿。同样:在延迟指向主帧缓冲区的命令的实现中，不会发生这些停顿。

拒绝的备选方案

逻辑加载和存储本身的成本大幅增加。

这可以解释观察到的减速，但不能解释当渲染顺序被手动去交错时 iPod 和 iPhone5s 之间性能的相似性。更正后的顺序仍然需要大量的逻辑存储 (10mb)，并且没有明显的额外成本的证据。

引用资料:

1:https://community.arm.com/graphics/b/blog/posts/mali-performance-2-how-to-correctly-handle-framebuffers

2:https://developer.apple.com/library/content/documentation/3DDrawing/Conceptual/OpenGLES_ProgrammingGuide/Performance/Performance.html

关于ios - 与 iOS9 (OGLES2.0) 相比，iOS10/11 下的离屏渲染性能大幅下降，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/46789614/

iOS大幅li毫秒的iphoneperformanceopengl-esfragment-shader

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