KlayGE游戏引擎

2011年，我曾经写过一篇《不争气的geometry shader》，里面比较了在当年的多个平台上跑多种 render to cubemap的方法。经过帧数的对比，得出的结论是geometry shader会造成严重性能问题，甚至还不如渲染6遍的结果。2012年，同样的测试在GTX 580和GTX 680上重新跑了一遍，发现GTX 680上geometry shader终于比渲染6遍更快。

到了2019年，情况又会有什么变化呢？我们再来跑一次。说是2019年，其实我的电脑是2015年配的，Intel i7-4790的CPU，NV GTX 960的GPU。系统是Win10 19H1。但因为GTX 960和D3D 11.4支持在GS之前的stage输出SV_RenderTargetArrayIndex，我们其实不需要GS也能render to cubemap或者render to texture array。所以我们需要把这个因素也考虑进去。

	NV GTX 960
6-pass Cubemap	198.89
Dual Paraboloid	430.67
1-pass Cubemap	481.03
1-pass Cubemap w/ DrawInstanced	480.03
1-pass Cubemap w/ instance GS	501.52
1-pass Cubemap w/ DrawInstanced and RtArrayIndex from VS	523.79

6种做法

这里有必要再解释一下上表的6种做法。

• 6-pass Cubemap是个基准。用最传统的做法，在光源的位置向6个方向各渲一遍场景，得到cubemap。
• Dual Paraboloid来自于2008年的一个方法。这需要渲染2 pass，正反面各一次，把经过tessellation的场景参数化到抛物面坐标系上。这种方法看似不错，但实际上省不了多少drawcall（因为在高层就做了视锥剪裁），而且因为需要tessellation，反而需要shader model 5，对硬件要求和渲染开销都不低。
• 1-pass Cubemap的做法是，把每个顶点在VS里面分别乘上6个model view projection，得到了6个position全都传给GS。在GS里把每个三角形根据不同的position生成6份，跟视锥做一次裁剪，把看得到的三角形通过SV_RenderTargetArrayIndex传到texture array的不同index上，一个pass完成render to texture array。
• 1-pass Cubemap w/ DrawInstanced的做法是用DrawInstanced来在IA的时候就生成6倍的顶点。这样在VS里面只需要根据SV_InstanceID选择乘上哪一个model view projection。在GS里就只要根据SV_InstanceID输出到不同的SV_RenderTargetArrayIndex就行，不需要产生新的三角形。
• 1-pass Cubemap w/ instance GS用到了D3D11新增的instance GS功能，让GS自己instance多个，而不用IA来进行instance的操作。
• 1-pass Cubemap w/ DrawInstanced and RtArrayIndex from VS则是前面提到的新方法了。在CPU端和之前的 1-pass Cubemap w/ DrawInstanced一样，通过IA产生6倍的顶点。但得益于新的软硬件，可以在VS里直接输出 SV_RenderTargetArrayIndex，而完全不需通过GS。

分析

通过分析这张表格，我们可以得到一些结论。

• 1-pass render to cubemap在现在的GPU上，已经不是问题。单单这种从一个三角形生成多个三角形的操作，性能和DrawInstanced基本一样。也就是说，让GS去生成三角形和用IA生成三角形没什么区别。
• 用了instance GS这个方法能比不用instance GS稍微快一点，代码也简单。
• Dual Paraboloid已经成了废柴。性能、硬件要求、效果、使用方便程度，皆不如1-pass Cubemap等方法。可以让它退休了。
• 从VS输出SV_RenderTargetArrayIndex，毫无疑问地成了冠军。性能最高，代码最简单。

结论

我们不再需要Dual Paraboloid。GS仍然不争气。如果检测到硬件支持从GS之前输出SV_RenderTargetArrayIndex，就尽量用它。检测的代码如下：

D3D11_FEATURE_DATA_D3D11_OPTIONS3 d3d11_feature{};
if (SUCCEEDED(d3d_device->CheckFeatureSupport(D3D11_FEATURE_D3D11_OPTIONS3, &d3d11_feature, sizeof(d3d11_feature))))
{
    vp_rt_index_support = d3d11_feature.VPAndRTArrayIndexFromAnyShaderFeedingRasterizer ? true : false;
}
else
{
    vp_rt_index = false;
}