使用QML來(lái)做3D應(yīng)用開(kāi)發(fā)，優(yōu)化3D場(chǎng)景和優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)3D應(yīng)用程序?qū)⒂兄@著性能影響。本文描述幾種優(yōu)化3D場(chǎng)景的規(guī)則和方法。

一、四種3D場(chǎng)景設(shè)計(jì)方式

3D場(chǎng)景有多種不同的創(chuàng)建組合方式。例如：高級(jí)場(chǎng)景、低級(jí)場(chǎng)景、混合場(chǎng)景和Vertex顏色場(chǎng)景。與其他版本的場(chǎng)景相比，高級(jí)場(chǎng)景中包含了更多的對(duì)象。

低級(jí)、混合和Vertex場(chǎng)景包含的對(duì)象相對(duì)更少，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)通過(guò)將幾何形狀和烘烤材料結(jié)合到紋理中進(jìn)行了優(yōu)化。下圖顯示了Navigator視圖中每個(gè)場(chǎng)景中的組件，用于對(duì)比說(shuō)明場(chǎng)景之間的結(jié)構(gòu)差異：

（1-1）低級(jí)場(chǎng)景

如上圖所示，低級(jí)場(chǎng)景總共包含12個(gè)對(duì)象。每個(gè)模型（例如櫥柜、燈、盤(pán)子和水槽）都是獨(dú)立的網(wǎng)格。

（1-2）高級(jí)場(chǎng)景

如上圖所示，高場(chǎng)景總共包含27個(gè)對(duì)象。這個(gè)場(chǎng)景在其他方面與低級(jí)場(chǎng)景相似，但含有更多的細(xì)節(jié)和動(dòng)畫(huà)組件（如可以打開(kāi)的櫥柜門(mén)和烤箱的門(mén)閂）

（1-2）混合場(chǎng)景

混合場(chǎng)景是將所有的網(wǎng)格組合成一個(gè)單獨(dú)對(duì)象，所有材料都被烘焙成單一的紋理。

（1-3）Vertex顏色場(chǎng)景

該場(chǎng)景將所有的網(wǎng)格組合成一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象，網(wǎng)格的顏色由.mesh文件的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)描述，其中包括材質(zhì)，沒(méi)有紋理。

在本小節(jié)中，出現(xiàn)的高級(jí)場(chǎng)景、低級(jí)場(chǎng)景、混合場(chǎng)景和Vertex顏色場(chǎng)景四種場(chǎng)景，本質(zhì)上是一種組織3D場(chǎng)景的方法。在高級(jí)場(chǎng)景中，包含的3D對(duì)象就非常多，為什么需要包含這么多的3D對(duì)象呢，多數(shù)情況下，就是為了將小對(duì)象分離出來(lái)做動(dòng)畫(huà)效果和動(dòng)畫(huà)控制。如果一個(gè)場(chǎng)景中沒(méi)有動(dòng)畫(huà)需求，則完全可采用混合場(chǎng)景和Vertex顏色場(chǎng)景的方法來(lái)設(shè)計(jì)3D場(chǎng)景，還提升了應(yīng)用渲染性能。

二、3D場(chǎng)景優(yōu)化規(guī)則

為了優(yōu)化3D場(chǎng)景的圖形渲染性能，首先應(yīng)考慮是否需要給3D對(duì)象、燈光、相機(jī)或場(chǎng)景中的組件添加動(dòng)畫(huà)，如果不需要就盡可能簡(jiǎn)化場(chǎng)景結(jié)構(gòu)，例如：可以將幾何圖形和烘烤材料結(jié)合到紋理中。理想情況下，將3D圖像預(yù)渲染為2D圖像是很好的選擇。檢查場(chǎng)景是否存在相同網(wǎng)格的多個(gè)實(shí)例，如果存在，則只導(dǎo)入一個(gè)網(wǎng)格實(shí)例，然后在場(chǎng)景中復(fù)制它，并為每個(gè)副本使用相同的材質(zhì)。

（2-1）Scene Graph

在Qt Design Studio中，由Navigator中的樹(shù)形視圖表示場(chǎng)景圖。同時(shí)，我們還可以在Code視圖中查看節(jié)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)最小化場(chǎng)景圖，可以減少運(yùn)行場(chǎng)景時(shí)所需的工作。因?yàn)榫哂袕?fù)雜功能的深層層級(jí)嵌套將增加性能成本，為了優(yōu)化場(chǎng)景圖，應(yīng)盡可能避免不必要的組和復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)。

（2-2）資源文件優(yōu)化

盡可能減少資源文件的使用和加載，可以提高渲染性能（在實(shí)際3D應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于多種因素，設(shè)計(jì)過(guò)程中資源文件往往都非常多，一般的做法是：一邊開(kāi)發(fā)一邊優(yōu)化資源文件）。

在設(shè)計(jì)3D素材模型時(shí)，應(yīng)盡量使用最少的三角形或頂點(diǎn)來(lái)達(dá)到預(yù)期的建模效果。因?yàn)樵?D場(chǎng)景渲染時(shí)，較少的圖形數(shù)量可以降低內(nèi)存需求量并有助于快速渲染。

（2-3）CPU性能優(yōu)化

顯示3D對(duì)象需要CPU或者GPU的大量處理工作。處理每個(gè)3D組件都會(huì)消耗資源，因此減少可見(jiàn)對(duì)象的數(shù)量可以減少CPU的工作量。優(yōu)化建議如下：

（1）合并位置相鄰且共享紋理的對(duì)象。

注意：合并不共享紋理的對(duì)象不會(huì)在運(yùn)行場(chǎng)景時(shí)提高CPU性能。

（2）將不同的紋理組合成一個(gè)紋理圖集，以此方法來(lái)減少材料的使用。

（3）避免多次渲染對(duì)象。

（2-4）優(yōu)化模型的幾何形狀

（1）減少模型中三角形的使用數(shù)量。

（2）減少用加倍頂點(diǎn)創(chuàng)建的UV映射接縫和硬邊的數(shù)量。

三、總結(jié)

下表總結(jié)了優(yōu)化3D場(chǎng)景相關(guān)的最佳實(shí)踐：

現(xiàn)代軟件，3D開(kāi)發(fā)屬于較高級(jí)的開(kāi)發(fā)了（做游戲的除外啦，哈哈），Qt Quick提供的3D開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)組件的功能也非常強(qiáng)大，高版本的Qt對(duì)3D性能做了較多優(yōu)化，且3D開(kāi)發(fā)作為Quick的未來(lái)發(fā)展方向之一，也得到了官方的大量?jī)?yōu)化和維護(hù)。

下列為官方提供的一個(gè)車(chē)載中控終端軟件demo，在軟件中融入了3D元素，形象直觀且炫酷。

審核編輯：劉清