使用Qt 3D Studio 2.4显着提升性能（渲染速度提高了565％）

发布于2019年6月18日星期二
11评论Qt 3D Studio 2.4显着改善性能 
发表于Biz Circuit＆Dev Loop，设计，图形，性能，Qt 3D Studio

除了有效使用系统资源之外，3D渲染的速度对于3D引擎也是必不可少的。即将推出的新Qt 3D Studio 2.4版本可显着提升渲染性能，并进一步节省CPU和RAM利用率。使用我们的示例高端嵌入式3D应用程序，渲染速度提高了565％，而RAM使用和CPU负载分别下降了20％和51％。 

性能是Qt的关键驱动因素，对于能够在嵌入式设备上运行复杂的3D应用程序尤为重要。我们一直在通过早期版本的Qt 3D Studio 不断提高资源效率，即将推出的Qt 3D Studio 2.4在渲染性能方面迈出了重要一步。确切的性能提升在很大程度上取决于应用程序和使用的硬件，因此我们在本博文中详细介绍了两个示例应用程序和嵌入式硬件。本文中使用的示例应用程序是汽车仪表集群，但在使用Qt 3D Studio运行时的任何应用程序中都可以看到类似的改进。

瑞萨R-Car D3的入门级嵌入式示例

测量中使用的入门级嵌入式设备是  Renesas R-Car D3，它具有Imagination PowerVR GE8300入门级GPU（https://www.imgtec.com/powervr-gpu/ge8300/）和一个ARM Cortex A53 CPU核心。操作系统是Linux。

使用的示例应用程序是低端群集，可从https://git.qt.io/public-demos/qt3dstudio/tree/master/LowEndCluster获得。正如关于优化3D应用程序的详细博客文章中所述，低端群集示例已得到很好的优化。

为了使应用程序尽可能轻量级，只将ADAS视图创建为实时3D用户界面。使用Qt Quick创建组合仪表的其他部分。这使得即使在像Renesas R-Car D3这样的入门级硬件上也可以拥有实时3D用户界面。

采用NVIDIA Tegra X2的高端嵌入式示例

用于测量的高端嵌入式设备是配备Tegra X2 SoC的NVIDIA Jetson TX2开发板，该板具有256核NVIDIA Pascal™GPU和双核NVIDIA Denver 2 64位以及四核ARM Cortex- A57 MPCore CPU。操作系统是Linux。

使用的示例应用程序是Kria集群，可从https://git.qt.io/public-demos/qt3dstudio/tree/master/kria-cluster-3d-demo获得。Kria集群示例故意沉重，具有较大且未完全优化的纹理，高分辨率等。

在高端示例中，所有仪表和其他元素都是实时3D，使用Qt 3D Studio运行时渲染。很少有Qt Quick部件，这些部件通过QML流使用纹理共享进入3D用户界面。

渲染性能提升

新Qt 3D Studio 2.4版本的最大改进是渲染性能 - 使相同的应用程序在同一硬件上渲染更多帧每秒（FPS）。与Qt一样，我们的目标是稳定运行60 FPS，但在嵌入式设备上，纯粹的性能还不够。当存在热管理和处理不同使用场景等项目时，通常不会在SoC的图形功能的边缘运行。对于诸如组合仪表之类的应用，性能需要在所有操作条件下都是平滑的，包括在系统的最大负载下。出于高端示例的测量目的，我们禁用了vsync，允许系统绘制尽可能多的帧。在典型的实际应用程序中，始终存在vsync集，

下图显示了测量的每秒帧数，NVIDIA TX2上的高端示例（vsync off）和瑞萨R-Car D3上的低端示例（vsync on）：

高端示例：使用新的Qt 3D Studio 2.4，我们发现渲染性能提升了565％。使用Qt 3D Studio 2.3，应用程序仅以20 FPS运行，但新的Qt 3D Studio 2.4允许应用程序运行133 FPS。这是测量关闭vsync，只是为了测量新运行时的能力。在实践中，运行60 FPS就足够了，并且可以利用处理器的额外容量来具有更大的屏幕（或另一个屏幕）或更复杂的应用 - 或者仅仅通过不使用SoC的最大容量来节省功率。

低端示例：  改进率为46％，因为Qt Quick的最大FPS上限为60 FPS。使用Qt 3D Studio 2.3，应用程序实现了41 FPS，而使用新的2.4运行时，它可轻松达到60 FPS。就像更强大的高端硬件一样，SoC的多余容量可用于运行更复杂的3D用户界面，或者只是不使用。

CPU负载改善

应用程序的总CPU负载是多个事物的总和，其中之一是由3D引擎引起的负载。在嵌入式应用程序中，重要的是在应用程序中使用3D不会导致CPU过载。如果应用程序超出可用CPU，则无法在目标FPS处渲染，并且屏幕上可能出现口吃或其他伪影。

下图显示了在NVIDIA TX2上使用高端示例测量的CPU负载以及瑞萨R-Car D3上的低端示例：

高端示例：使用新的Qt 3D Studio 2.4，与Qt 3D Studio 2.3相比，我们看到CPU负载大幅提升51％，同时FPS从20 FPS提升至133 FPS。运行时2.3的总负载为167％（总计400％），运行时2.4的负载下降到81％。请注意，增加的渲染速度也会影响CPU负载。在vsync on和FPS上限为60 FPS时，CPU负载为74％。

低端示例：我们看到CPU负载仅有5％的适度改善，这主要是由于应用程序主要是Qt Quick。但这是因为FPS同时从41 FPS升至60 FPS。还应该注意的是，R-Car D3的CPU功能不是很强大，因此整个应用程序的FPS增加会对整体CPU负载产生影响。

内存使用改进

对于任何图形，特别是3D，它是通常占用大部分RAM的资产。有一些方法可以优化，最明显的是避免不必要的细节水平和利用纹理压缩。出于本博文的目的，我们不会使用任何特定的优化方法。测量使用完全相同的应用程序完成，除了使用不同版本的Qt 3D Studio运行时之外没有其他任何变化。

下图显示了使用NVIDIA TX2上的高端示例测量的RAM使用情况以及瑞萨R-Car D3上的低端示例：

高端示例：与Qt 3D Studio 2.3相比，新的Qt 3D Studio 2.4减少了48MB。这比应用程序的整体RAM使用量减少了20％。

低端示例：  在更简单的示例中，使用新的2.4运行时，RAM使用量减少了9MB。百分比这是应用程序的整体RAM使用量减少15％。

这是如何实现的？

这些改进确实很大，特别是在嵌入式设备上，所以有人可能想知道新版本中的改变是什么？我们所做的是使用与Qt 3D Studio 1.x版本相同的运行时架构，而不是在Qt 3D上运行。3D引擎的核心逻辑仍然与之前相同，但它直接在OpenGL上运行，而不是使用Qt 3D。这提供了显着改进的性能，尤其是在嵌入式设备上，而且在更强大的桌面系统上。通过直接在OpenGL上运行Studio的3D引擎，我们可以避免渲染开销并简化架构。更简单的体系结构转换为内部信令更少，内存中的对象更少，并且多个呈现线程之间的同步需求减少。所有这些使我们能够对Qt 3D Studio 1进行进一步的优化。

3D运行时的更改不需要对大多数项目进行任何更改。只需更改import语句（导入QtStudio3D.OpenGL 2.4而不是  导入QtStudio3D 2.3）然后用新的Qt 3D Studio 2.4重新编译就足够了。由于API和与应用程序相关的3D引擎部分与之前相同，所有相同的材质，着色器等都像以前一样工作。在极少数情况下需要进行一些更改，例如某些自定义材料，这些变化相当小。

获得Qt 3D Studio 2.4

如果您还没有尝试过Qt 3D Studio 2.4预发行版，那么您应该采取这种方式。它可以在预览节点下的在线安装程序中使用。目前我们已经发布了第三个Beta版，很快就会发布候选版本。最终版本的目标是在6月底之前发布。Qt 3D Studio在商业和开源许可下均可使用。

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发表于Biz Circuit＆Dev Loop，设计，图形，性能，Qt 3D Studio

11条评论

礼

2019年6月18日12:43

凉！
我们可以期待Qt3d也能利用这些变化吗？目前Qt3d的表现还不错。对于有许多物体的大场景，渲染器远不及像Godot这样的其他3D引擎的性能。

干杯

答复

 

Tuukka Turunen

2019年6月18日18:29

@Eli：遗憾的是，由于结构上的差异，无法利用Qt 3D进行这些改进。

答复

 

DEDIU IONUT

2019年6月18日14:15

“我们所做的是使用与Qt 3D Studio 1.x版本相同的运行时架构，而不是在Qt 3D上运行。3D引擎的核心逻辑仍然与之前相同，但它直接在OpenGL上运行，而不是使用Qt 3D。“

这是否意味着Qt3D的结束？难道我们不能拥有一个清晰直观的声明性3d层，它在易用性和性能之间取得了适当的平衡吗？直接使用OpenGL就像在Qt C ++中编写程序时一样编程......在编程语言中类比：我并不主张通过Java获得的易用性或更糟糕的javascript（无骨架语言如此非结构化，如此敏捷，如此前卫，最好的框架称为BACKBONE :)）））Qt3D不是IT，不是那种神奇的平衡吗？好难过…

答复

 

Tuukka Turunen

2019年6月18日18:32

@Dediu：不，这对Qt 3D没有影响。它继续是完全支持的模块，具有自己的编程API。只是Qt 3D Studio 2.4运行时不再使用Qt 3D，而是直接适应OpenGL。对Qt 3D的任何其他用户没有影响。

答复

 

礼

2019年6月19日09:28

嗨Tuukka Turunen感谢您回答我们的问题 

Qt3d studio现在有一个独立的渲染后端完全与qt3d解耦而不是修复当前的设计，这有点奇怪。从我的角度来看，这只能意味着当前的qt3d架构存在一些缺陷。必须保持两个单独的渲染后端有点奇怪。

我希望我听起来不苛刻

干杯

答复

 

TTGil

2019年6月18日15:33

似乎Qt3D中的开发优先级有一段时间是颠倒的，其中添加了操纵角色动画等功能，而基本原理是错误的，并且在许多情况下无法使用。它最近变得更好（Qt 5.13有明显的质量改进）。我希望对Qt3D的投资继续。即使性能不等于使用原始OpenGL，在GL，Metal，Vulkan等上运行一个代码库的长期好处也值得追求。很想看到更多用于AR / MR的Qt3D示例，特别是围绕来自ARKit等帧的高效处理，性能损失最小。

答复

 

Tuukka Turunen

2019年6月18日18:35

@TTGil：是的，Qt 3D正在接受改进和新功能。例如，即将发布的Qt 5.13将支持glTF 2.0场景导入到Qt 3D。

答复

 

Christian Feldbacher

2019年6月19日00:54

您好TTGil，
您可以在这里找到由Felgo提供的Qt解决方案：https：//felgo.com/cross-platform-development/qt-ar-why-and-how-to-add-augmented-reality-to- 
您-移动应用

干杯，克里斯

答复

 

纽约

2019年6月19日12:21

我不知道为什么Nvidia引擎在2D渲染中没有更好的性能。许多客户正在使用2D集群。

答复

 

Laszlo Agocs

2019年6月19日14:05

这个（Qt 3D Studio 2.4）是NVIDIA引擎（或多或少）。2D界面应继续使用Qt Quick，如https://blog.qt.io/blog/2019/04/02/optimizing-real-time-3d-entry-level-hardware/所示

答复

 

M3GG1D0

2019年6月19日13:44

我认为Qt3D将从这些改进中受益。然后我研究了博客和评论，并意识到事实并非如此。Qt3D API很好，有很多潜力。

https://blog.qt.io/blog/2019/06/18/significant-performance-improvements-qt-3d-studio-2-4/