Terrain Processing on Modern GPU - Computer Graphics Group ...

některých vrcholů vícekrát. Zavedení index bufferu a použití řetězce trojúhelníků namísto
prostého seznamu je pouze jedna, samozřejmá část optimalizace. Druhá spočívá v lepším využití
vertex cache, tj. vyrovnávací paměti pro transformované vrcholy. Do té jsou ukládány všechny
vrcholy, které prošly vertex shaderem, a podle FIFO pravidla jsou z ní vyjímány ve chvíli, když
přijde nový transformovaný vrchol. Vrcholy jsou zpracovávány přesně v tom pořadí, v jakém jsou
indexovány, takže můžeme předem přesně říci, kolikrát se projeví „cache-miss“ na základě jejich
pořadí. Předpokládejme, že známe velikost vertex cache. V takovém případě jsme schopni
přeskládat indexy vrcholů tak, že se trojúhelníky zpracovávají po řádkách a ve chvíli, kdy
zaplníme vyrovnávací paměť, můžeme přejít na další řádek, kde použijeme polovinu již dříve
transformovaných vrcholů, neboť jsou společné vždy několika trojúhelníkům a jsou dosud
drženy ve vyrovnávací paměti.
Když se na tento problém podíváme z teoretického hlediska, tak oproti naivní implementaci
transformace 3 vrcholů pro každý trojúhelník, můžeme s využitím vyrovnávací paměti
transformovat pouze tolik vrcholů, kolik jich je v naší pravidelné struktuře. Vezmeme-li v úvahy
velmi velkou mřížku, kde se příliš neprojeví okrajové vrcholy, jež náleží méně než 6
trojúhelníkům, tak můžeme teoreticky transformovat až šestkrát méně vrcholů. Pokud bychom
tedy pominuli práci pixel shaderu a dokázali transformovat každý vrchol pouze jednou, můžeme
provést zobrazování až šestkrát rychleji. Realita je samozřejmě odlišná – pixel shader provádí
nějakou netriviální operaci (v případě unifikovaných shaderů navíc bere výkon z celkového
rozpočtu) a vertex cache není nekonečná, takže se do ní nevejdou všechny vrcholy a i
inteligentním indexováním je začneme ztrácet. Přesto postupem, který jsme popsali výše,
můžeme reálně dosáhnout až dvojnásobné rychlosti zobrazování. Důležité však je znát velikost
cache a napsat algoritmus indexování vrcholů správně i s ohledem na jejich pořadí
v trojúhelníku. Dozvědět se velikost cache je někdy snadné, neboť výrobci grafických karet tato
čísla občas zveřejňují, v jiných případech jsou tato čísla neznámá a je třeba je zjistit
experimentálně. Stačí výše zmíněný postup opakovat několikrát za sebou a předpokládat v něm
vždy jinou velikost vyrovnávací paměti. Nejlepší výsledek nám pak ukáže pravděpodobnou
hodnotu. Postup jsme úspěšně aplikovali a dosáhli experimentálního nalezení hodnoty, která
souhlasí s výrobcem proklamovanou hodnotou. Konečně s využitím znalosti této hodnoty se nám
podařilo v jednodušších případech získat dvojnásobek až trojnásobek původní rychlosti
zobrazování. Nutno však dodat, že v celém systému se to projeví daleko méně, a že provedení
správné indexace složitějších struktur, než je pravidelná mřížka, může být velmi obtížné. Více se
touto problematikou zabývá například (95), (96) nebo (97). Hloubkový rozbor algoritmů
pracujících nad obecnou sítí najdeme v (98).
Časem se ukázalo zbytečné číst z vertex bufferu kompletní data o vrcholech trojúhelníků, které se
stejně nenakreslí, neboť jsou nahrazeny menšími trojúhelníky při adaptivním dělení. Navíc i pro
trojúhelníkové dělící schéma se jevilo nepraktické zpracovávat samostatně jeden trojúhelník,
když dva trojúhelníky tvořící jeden čtverec sítě potřebují téměř stejná data pro své dělení.
Nahradili jsme tedy triangulovanou mřížku mřížkou obsahující pouze zástupné vrcholy – pro
každé pole mřížky jeden. Geometry shader, který implementoval dané schéma, dostal pouze
jediný bod a vygeneroval na jeho základě geometrii pro dva trojúhelníky základní mřížky.
Konečně poslední úprava opět využila nové vlastnosti Shader Modelu 4.0, který umožňuje využít
64