绑定 FBO（帧缓冲区对象）的成本是多少答案

【问题标题】：How expensive is binding an FBO (framebuffer object)绑定 FBO（帧缓冲区对象）的成本是多少
【发布时间】：2014-08-26 21:55:15
【问题描述】：

绑定一个帧缓冲对象有多昂贵，即使用 glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, ...)？我在谷歌上找不到任何关于每帧更改帧缓冲区的实际次数。我问是因为我正在编写一个支持 C++ 后处理的 2D 渲染器，并在每个绘制调用（多边形、线条、图像）开始时显式绑定帧缓冲区是最优雅的代码路径，但到目前为止我还没有足够的东西来绘制基准它。在每次绘制调用开始时绑定帧缓冲区的替代方法是始终保持绑定，除非我需要绘制到屏幕上，但这要求我不要将调用交错到两个不同的渲染器实例（即可行，但有限制）。

我找到了this question，但它已有四年多的历史（引用的文字大五岁），它并不能完全回答同一个问题。每帧多次绑定和解除绑定 FBO 所造成的性能损失是否足以保证手动管理绑定的帧缓冲区？

【问题讨论】：

标签： opengl

【解决方案1】：

绑定一个帧缓冲对象的成本是多少

不是很多。从本质上讲，OpenGL 实现的工作量并不比双缓冲区交换多多少。

真正影响性能的是切换 FBO 的附件，因为每次发生这种情况都必须检查 FBO 的有效性，这是一项代价高昂的操作。

足够有趣的顶点数组对象 (VAO)，在现有的 OpenGL 实现中切换的成本很高，到目前为止，业界的常见做法是重新绑定缓冲区对象和顶点属性指针/偏移量。我只是提到这一点，因为从表面上看，FBO 和 VAO 的外观和行为非常相似，但它们现在表现出非常不同的性能配置文件。

【讨论】：

【解决方案2】：

由于性能特征经常出现这种情况，因此没有简单的答案。它在很大程度上取决于硬件架构、驱动程序优化和使用条件。

首先为您提供 tl;dr：切换渲染表面可以在相当便宜和非常昂贵之间进行。我的建议如下：

尝试各种方法，并在您关心的所有平台上进行基准测试。
如果您无法执行选项 1，但您仍希望确信您的代码将在各种架构中表现良好，请按渲染目标对渲染进行分组，并避免不必要的切换。

我不愿给出每帧多少个开关是无害的数字。主要是因为我没有它们，而且我不喜欢猜测。因为它取决于很多因素。我从一个通常非常可靠的来源得知，在至少一个平台上，每帧仅 2 或 3 个交换机就会对性能产生非常大的负面影响。除了这个非常糟糕的情况，我的直觉会告诉我，我会尽量避免切换超过 10-100 次。但这实际上只是一个猜测，您绝对有可能获得更多，特别是如果您的目标是一组有限的硬件。

您的问题听起来像是涵盖了两种不同的情况。让我分开讨论：

冗余绑定调用

根据您的描述，您似乎有部分使用模式：

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fboId);
glDraw...(...);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fboId);
glDraw...(...);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

在这种情况下，您进行了glBindFramebuffer() 调用，但您的所有渲染都转到同一个帧缓冲区。我希望大多数驱动程序能够检测到这些绑定调用是多余的，并且不会做任何严肃的工作。尽管有时对于驱动程序是否应该检测冗余状态变化存在哲学争议，但大多数情况下都会这样做。

在这种情况下，这取决于您对 GPU/驱动程序供应商的信任程度。除非我对它进行了基准测试，否则在这种情况下我倾向于偏执。如果在我的软件架构中有任何合理的方法可以做到这一点，我会避免冗余调用。

实际的帧缓冲开关

正如我在介绍中提到的，这里发生的事情高度依赖于 GPU 和驱动程序。只是将状态切换为点渲染到不同的目标是很便宜的。但它可能还有更多。

您经常有与活动渲染目标相关联的额外内存分配。典型示例包括用于早期深度测试的缓冲区和压缩颜色缓冲区。当您切换到不同的渲染目标时，这些分配会发生什么取决于硬件架构、驱动程序实现以及可能的其他条件：

只要有足够的空间，就可以为循环通过的所有渲染表面保持这些分配有效，并随着实际的渲染目标切换在它们之间切换。在这种情况下，开销会很小。
如果这些分配位于片上内存中，则空间可能非常有限。如果没有足够的空间将它们全部保留在芯片上，则旧表面的分配可能会被驱逐到视频内存（如果 GPU 有的话）或系统内存，然后重新加载新表面的分配。这可能有点贵。
GPU/驱动程序可能不支持驱逐和重新加载这些分配，并且可能必须将它们的内容解析为实际缓冲区（例如，扩展压缩颜色缓冲区的内容，并将其写回完整的颜色缓冲区）。这很昂贵。

平铺架构让事情变得更加有趣，它以各种形式在移动设备上得到了非常广泛的应用。平铺架构的关键卖点是它们每个像素只能运行一次片段着色器，并且必须将每个平铺只写入帧缓冲区一次，这减少了写入帧缓冲区的整体内存带宽，也大大提高了这些写入的局部性因为一次写入整个图块。

据我所知，用于存储将为每个图块渲染的三角形的图块内存通常是片上内存。因此，如果您切换帧缓冲区，则必须：

执行渲染每个图块的整个过程，并将结果写回帧缓冲区。
将旧曲面的切片内存保存到系统内存中，并为新曲面加载之前保存的切片内存。

我不知道哪种方法最常用（如果我知道，我可能无法分享）。但它们听起来都非常昂贵，如果过于频繁地使用基于 tile 的架构，那么它的整个目的就会失效。

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，这是您应该担心的事情。一遍又一遍地（冗余地）绑定同一个 FBO 并不慢（可能驱动程序忽略了冗余绑定），但是在不同的 FBO 之间不断切换是慢的。在我的 PC (GTX 460 + i7 870) 上大约需要 25 微秒的 CPU 时间。这适用于只有一两个附件（颜色和深度）的 FBO。我不能说带有 MRT 的 FBO 是否需要更多时间来转换。您必须记住，在渲染单个帧期间，由于各种后期处理和渲染通道，您可以轻松拥有数十个 FBO 开关。因此，仅更改 FBO 的时间就会占总帧时间的很大一部分（在我的情况下几乎是 1 毫秒！）。

如果切换 FBO 速度很快，Nvidia 就不会发布 this (see page 29)。

【讨论】：