對於不同體量的三維矢量化場景（如開放世界類型遊戲），行業內有不同的性能優化方案，所謂的“體量”有許多衡量指標，最常用的指標是全場景三角形的數量。本文提出了一套針對10億+三角形規模的場景優化方案，融合多個技術包括hLoD、QEM、WebRTC來提升性能並適配多端設備，目的是讓中低端設備也能運行大型三維可視化管理系統。
前端現狀
遊戲行業用“次世代“表示最新一代渲染技術，因爲隨着軟硬件的更新換代，計算機圖形學的理論幾乎每十年就發生一次顛覆性的迭代，最近的一次則是以可編程的GPU渲染流水線（pipeline）爲代表的着色器技術[A]，這一批理論升級極大地提升了開發者的創作自由度，但也給性能帶來了巨大挑戰：像移動端一類低配設備的GPU每幀至多隻能處理十萬數量級的三角形，面對更大一點的開放場景往往只能以時間換空間，最終造成無法接受的高延遲；而如果都配備高性能的圖形處理器又面臨着低性價比的問題。因此面對如何讓大型3D場景在低配設備上運行的問題，主流的做法是通過視頻流技術（像素流）將服務端上渲染好的幀（包括音頻）實時傳輸到客戶端，視頻的編解碼同樣是運行在GPU上的專用計算單元，客戶端的硬件只要有視頻解碼的能力即可。
WebRTC像素流簡介
在衆多視頻編碼技術中，WebRTC是最流行的，因其開源免費、跨平臺、更新頻繁等特點[B]，解決了傳統視頻會議軟件中需付費、門檻高、標準化不足等問題[C]，主流的3D引擎包括虛幻引擎和Unity都選擇在WebRTC的基礎上實現了像素流技術。WebRTC的架構通常是利用信令通道（signalling channel）交換視頻通訊雙方的候選地址（ICE Candidate）和憑證等信息，然後雙方利用候選地址建立起基於UDP的對等體直連，再通過音視頻編碼技術（如H.265）傳輸壓縮、加密後的實時畫面。這些特性依託壟斷的chromium瀏覽器引擎得以迅速推廣，隨着時間推移，負責維護WebRTC的谷歌和負責維護視頻硬編碼的Nvidia等廠商相互兼容配對，協同更新，甚至可能組成聯盟，形成“雙寡頭壟斷“，WebRTC在即時通訊行業中的壟斷地位將成爲唯一的標準。WebRTC通過H.264或VP9編碼將原始像素流壓縮至10%以下，大大節省了帶寬壓力，最少只需要250Kbps就能運行480x270@25fps的視頻[D]。
參考文獻
[A] Edward Angel, Dave Shreiner. (2016 April). Interactive Computer Graphics: A Top-Down Approach with WebGL 7th edition [M]. Pearson. 32-33. (chapter 1.8)
[B] Dan Ristic. Learning WebRTC: (2015 June). Develop interactive real-time communication applications with WebRTC [M]. Packt.
[C] Tiberkak A, Lemlouma T, Belkhr A, et al. A Novel Approach for Generic Home Emergency Management and Remote Monitoring [J]. Software Practice and Experience, 2017, 48(1).
[D] Bart Jansen，Timothy Goodwin，Varun Gupta，et al. Performance Evaluation of WebRTC-based Video Conferencing[J]. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review, 2018.
往期回顧：
本文分享自微信公衆號 - WebHub（myWebHub）。
如有侵權，請聯繫 [email protected] 刪除。
本文參與“OSC源創計劃”，歡迎正在閱讀的你也加入，一起分享。