描述几种优化3D场景的规则和方法

使用QML来做3D应用开发，优化3D场景和优化设计对3D应用程序将有着显著性能影响。本文描述几种优化3D场景的规则和方法。

一、四种3D场景设计方式

3D场景有多种不同的创建组合方式。例如：高级场景、低级场景、混合场景和Vertex颜色场景。与其他版本的场景相比，高级场景中包含了更多的对象。

低级、混合和Vertex场景包含的对象相对更少，因为它们已经通过将几何形状和烘烤材料结合到纹理中进行了优化。下图显示了Navigator视图中每个场景中的组件，用于对比说明场景之间的结构差异：

（1-1）低级场景

如上图所示，低级场景总共包含12个对象。每个模型（例如橱柜、灯、盘子和水槽）都是独立的网格。

（1-2）高级场景

如上图所示，高场景总共包含27个对象。这个场景在其他方面与低级场景相似，但含有更多的细节和动画组件（如可以打开的橱柜门和烤箱的门闩）

（1-2）混合场景

混合场景是将所有的网格组合成一个单独对象，所有材料都被烘焙成单一的纹理。

（1-3）Vertex颜色场景

该场景将所有的网格组合成一个单独的对象，网格的颜色由.mesh文件的顶点数据描述，其中包括材质，没有纹理。

在本小节中，出现的高级场景、低级场景、混合场景和Vertex颜色场景四种场景，本质上是一种组织3D场景的方法。在高级场景中，包含的3D对象就非常多，为什么需要包含这么多的3D对象呢，多数情况下，就是为了将小对象分离出来做动画效果和动画控制。如果一个场景中没有动画需求，则完全可采用混合场景和Vertex颜色场景的方法来设计3D场景，还提升了应用渲染性能。

二、3D场景优化规则

为了优化3D场景的图形渲染性能，首先应考虑是否需要给3D对象、灯光、相机或场景中的组件添加动画，如果不需要就尽可能简化场景结构，例如：可以将几何图形和烘烤材料结合到纹理中。理想情况下，将3D图像预渲染为2D图像是很好的选择。检查场景是否存在相同网格的多个实例，如果存在，则只导入一个网格实例，然后在场景中复制它，并为每个副本使用相同的材质。

（2-1）Scene Graph

在Qt Design Studio中，由Navigator中的树形视图表示场景图。同时，我们还可以在Code视图中查看节点的层次结构。通过最小化场景图，可以减少运行场景时所需的工作。因为具有复杂功能的深层层级嵌套将增加性能成本，为了优化场景图，应尽可能避免不必要的组和复杂的层次结构。

（2-2）资源文件优化

尽可能减少资源文件的使用和加载，可以提高渲染性能（在实际3D应用开发过程中，由于多种因素，设计过程中资源文件往往都非常多，一般的做法是：一边开发一边优化资源文件）。

在设计3D素材模型时，应尽量使用最少的三角形或顶点来达到预期的建模效果。因为在3D场景渲染时，较少的图形数量可以降低内存需求量并有助于快速渲染。

（2-3）CPU性能优化

显示3D对象需要CPU或者GPU的大量处理工作。处理每个3D组件都会消耗资源，因此减少可见对象的数量可以减少CPU的工作量。优化建议如下：

（1）合并位置相邻且共享纹理的对象。

注意：合并不共享纹理的对象不会在运行场景时提高CPU性能。

（2）将不同的纹理组合成一个纹理图集，以此方法来减少材料的使用。

（3）避免多次渲染对象。

（2-4）优化模型的几何形状

（1）减少模型中三角形的使用数量。

（2）减少用加倍顶点创建的UV映射接缝和硬边的数量。

三、总结

下表总结了优化3D场景相关的最佳实践：

序号	3D行为	最佳实践建议
1	从3D场景中获得最佳性能	如果不需要动画，可以将3D场景预渲染成2D图像。
2	场景中物体的动画	合并所有静态对象，只导出每个动画组件中的一个。
3	相机动画	虽然在这种情况下使用2D图像是不可取的，但应该将所有的几何图形、烘焙光照和材质合并到一个单一的材质中
4	光照动画	优化方法与“相机动画”一样
5	在网格分离的3D场景中获得最佳性能	对于同一个网格的每个实例使用相同的材质
6	在运行时禁用网格渲染	保持特定的网格分离，合并其他组件。
7	使用低内存的烘焙纹理	将网格颜色烘焙成顶点颜色

现代软件，3D开发属于较高级的开发了（做游戏的除外啦，哈哈），Qt Quick提供的3D开发基础组件的功能也非常强大，高版本的Qt对3D性能做了较多优化，且3D开发作为Quick的未来发展方向之一，也得到了官方的大量优化和维护。

下列为官方提供的一个车载中控终端软件demo，在软件中融入了3D元素，形象直观且炫酷。

审核编辑：刘清