CN116302764B - 一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法，在确定被测平台的可处理纹理极限值的基础上，逐轮递增在被测平台构建的测试窗口中渲染的测试纹理组中纹理的数量直至达到可处理纹理极限值，再根据每轮测试结果计算每轮的纹理填充率，选取其中最大值作为被测平台的纹理填充率，能够有效减少甚至避免测试过程中的光栅化处理，提高测试结果的准确性。

Description

一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法

技术领域

本发明属于图形测试技术领域，具体涉及一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法。

背景技术

纹理填充率是指一秒钟内纹理渲染的数目，单位是MTexels/S（每秒百万纹理），是用来度量当前显卡的纹理处理性能的最常用指标。现有纹理填充率的测试一般采用计算的方式，具体为采用纹理填充率理论值公式进行计算，即由纹理映射单元（Texture MappingUnit，TMU）与GPU指令周期进行除法运算得到纹理填充率，GPU的纹理映射单元的数量往往大于光栅化处理单元的数量，根据GPU型号不同可呈现1.5至3倍的关系，现有测试过程中一对一执行光栅化处理时纹理映射单元仅能生成与光栅化处理单元数量相等的纹理数据，因此无法发挥纹理映射单元极限性能，也就无法测得硬件的性能上限；此外，国产平台下GPU指令周期只能通过GPU驱动自带的API获取，而某些GPU并未提供该API仅提供闭源工具以界面信息的方式显示，这一限制也导致难以通过程序的方式自动测量纹理填充率。

综上所述，现有纹理填充率的测试方法主要存在以下问题：一是由测试过程采用的光栅化处理方式所导致的无法测得硬件性能上限的问题，二是由GPU指令周期获取限制导致的无法获得测试结果或测试结果不准确的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法，实现了基于软件的GPU纹理填充率的测试。

本发明提供的一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法，包括以下步骤：

步骤1、采用设定像素的渲染区域创建全屏图形，该全屏图形中填充长宽均为设定像素的纹理；逐轮增加全屏图形的数量，记录本轮全屏图形的数量，监测被测平台的处理状态，当被测平台GPU产生处理异常时上轮全屏图形的数量即为被测平台GPU的可处理纹理极限值；

步骤2、创建测试窗口，构建设定数量的、大小为设定纹理大小且格式为非压缩的纹理作为测试纹理组，在被测平台启动将测试纹理组渲染至测试窗口的操作，同时记录渲染执行时间及渲染帧数，待测试纹理组渲染完毕后停止记录，并将记录的渲染执行时间保存为本轮场景总时长，将渲染帧数保存为本轮场景总帧数，将设定数量保存为本轮单个像素混合纹理的数量；

步骤3、若设定数量小于可处理纹理极限值，则令设定数量自加增量值后执行步骤2；否则执行步骤4；

步骤4、根据各轮的场景总时长、场景总帧数及单个像素混合纹理的数量，采用公式：纹理填充率=单个像素混合纹理的数量×纹理平面需要映射的像素个数×场景总时长/场景总帧数，计算各轮的纹理填充率，其中，纹理平面需要映射的像素个数为铺满测试窗口的图形所包含的像素个数；最大纹理填充率即为被测平台的纹理填充率。

进一步地，所述步骤1中所述设定像素为长宽均为2像素。

进一步地，所述步骤1还包括：将被测平台设置为以控制台模式运行。

进一步地，所述步骤1还包括：关闭被测平台的垂直同步机制。

进一步地，所述步骤2中所述在被测平台启动将测试纹理组渲染至测试窗口的操作的渲染方式为：离屏渲染。

进一步地，所述设定纹理大小的确定方式为：若被测平台的显卡具有专用纹理显存，则以专用纹理显存的大小与可处理纹理极限值的比值作为设定纹理大小；否则以主显存的大小与可处理纹理极限值的比值作为设定纹理大小。

进一步地，所述测试窗口的尺寸设置为屏幕显示尺寸。

进一步地，所述设定数量在首轮渲染时设置为2，所述增量值设置为1。

有益效果

本发明在确定被测平台的可处理纹理极限值的基础上，逐轮递增在被测平台构建的测试窗口中渲染的测试纹理组中纹理的数量直至达到可处理纹理极限值，再根据每轮测试结果计算每轮的纹理填充率，选取其中最大值作为被测平台的纹理填充率，能够有效减少甚至避免测试过程中的光栅化处理，提高测试结果的准确性。

具体实施方式

下面列举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法，其核心思想是：确定被测平台，设计测试过程测得被测平台的可处理纹理极限值，根据被测平台选用显卡的性能确定测试纹理组中纹理的大小，逐轮递增测试纹理组中纹理数量并在被测平台构建的测试窗口中渲染测试纹理组直至纹理数量达到可处理纹理极限值，根据每轮测试结果计算每轮的纹理填充率，选取其中最大值作为被测平台的纹理填充率。

本发明提供的一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将被测平台设置为以控制台模式运行以最小化显示环境要素，即不启动任何窗口。

由于国产平台上基于X11、Wayland协议的桌面窗口通常需要常驻显存并消耗GPU资源，因此为减小对桌面窗口对测试过程的影响，本发明将被测平台均设置为开机即进入控制台模式，即以不启动任何窗口的方式运行。这样基于窗口的显示操作如OpenGL、OpenGLES、DirectX等多种图形接口全部失效，不会消耗GPU资源，但是并不影响以操作framebuffer方式实现显示。

步骤2、采用设定像素的渲染区域创建全屏图形，该全屏图形中填充长宽均为设定像素的纹理；逐轮增加全屏图形的数量，记录本轮全屏图形的数量，监测被测平台的处理状态，当被测平台GPU产生处理异常时上轮全屏图形的数量即为被测平台GPU的可处理纹理极限值。

为加速程序执行的过程，本发明可将设定像素设置为长宽均为2像素，即可使设定像素的渲染区域为较小的图形和纹理。

步骤3、若被测平台的显卡具有专用纹理显存，则以专用纹理显存的大小与可处理纹理极限值的比值作为纹理大小；否则以主显存的大小与可处理纹理极限值的比值作为纹理大小。

通过复杂纹理测试GPU渲染性能时，复杂纹理在纹理处理单元的cache中可能会溢出，因此需要针对不同的显卡确定特定的纹理大小。

具体来说，对于具有专用纹理显存的高档显卡，其纹理显存由专用硬件电路构成，可提供与主显存相同的读取速度，此时可根据专用纹理显存的大小选取更大的纹理，例如，专用纹理显存的大小为1M，则可以选择纹理大小为1M/可处理纹理极限值的纹理；对于没有专用纹理显存的普通显卡，其纹理显存由软件在主显存中定义，也就是与主显存速度相同，此时采用主显存的大小/可处理纹理极限值作为纹理大小。

此外，由于Linux等平台的保护机制，连续读同一纹理文件的操作会触发保护机制，因此本发明还需要将纹理保存为不同名称的纹理文件，当被测平台的显卡具有专用纹理显存时将纹理文件保存在纹理显存中，当被测平台的显卡不具有专用纹理显存时将纹理文件保存在主显存cache中，以确保纹理文件能够被连续命中，由此将访存性能对纹理渲染过程的影响降到最低。

此外，由于压缩纹理会引入解压过程，解压的计算会对测量过程产生影响，因此本发明选择非压缩的纹理格式。

步骤4、创建测试窗口，构建设定数量的、大小为步骤3得到的纹理大小、格式为非压缩纹理的纹理作为测试纹理组，在被测平台启动将测试纹理组渲染至测试窗口的操作，同时启动记录渲染执行时间及渲染帧数，待测试纹理组渲染完毕后停止记录，并将记录的渲染执行时间保存为本轮场景总时长，将渲染帧数保存为本轮场景总帧数，将设定数量保存为本轮单个像素混合纹理的数量。

为进一步减少测试过程中不必要的性能开销，提高测量结果的准确性，本发明可将测试窗口的尺寸设置为屏幕显示尺寸。

步骤5、若设定数量小于可处理纹理极限值，则令设定数量自加增量值后执行步骤4；否则执行步骤6。

为进一步提高测试效率及测试用例覆盖范围，本发明将测试过程中首轮渲染的设定数量设置为2，增量值设置为1。

步骤6、根据保存的各轮的场景总时长、场景总帧数及单个像素混合纹理的数量，采用如下公式计算得到所有轮的纹理填充率：纹理填充率=单个像素混合纹理的数量×纹理平面需要映射的像素个数×（场景总时长/场景总帧数），其中，纹理平面需要映射的像素个数为铺满测试窗口的图形所包含的像素个数；所有轮的纹理填充率中的最大值即为被测平台的纹理填充率。

现有平台中渲染结果可被设置为投射到屏幕上显示，也可为离屏渲染，其中离屏渲染是指不显示渲染结果而是仅将渲染结果储存于显存中。

此外，为避免产生画面撕裂，平台中的投屏显示系统通常会触发垂直同步机制，此时平台渲染的上限就是显示设备的刷新率，当渲染速度高于设备刷新率时则无法发挥出GPU渲染的全部性能，因此为了发挥GPU渲染的全部性能可以关闭垂直同步机制。不同GPU提供的垂直同步机制关闭方式不同，如命令方式、图形工具方式等。本发明，由于步骤1中设定了被测平台以控制台模式运行，此时图形工具无法使用，因此仅能采用命令方式关闭被测平台的垂直同步机制。

因此，为了满足对多种GPU测试的需求，本发明采取离屏渲染方式进行渲染，并关闭垂直同步机制。

在纹理渲染过程中，纹理映射单元会先于光栅化处理单元计算出每个像素点对应的纹理数据，渲染单层纹理时纹理映射单元只能一对一填充光栅化处理单元，因此此时纹理渲染速度的上限受光栅化处理单元的影响。当将纹理增加到两层时，GPU纹理映射单元的数量将达到光栅化处理单元的数量的两到三倍，这种情况下GPU在一个GPU指令周期内能够将两层纹理混合为每个像素点对应的纹理数据。

然而，通过实验发现当纹理映射单元的数量达到光栅化处理单元数量的1.5倍时GPU的处理速度开始下降，具体现象是在场景总时长固定的情况下场景总帧数会下降，由此发现通过逐级递增纹理层数，并将多层纹理混合为单一纹理后再由光栅化处理单元处理的方式，能够快速得到远多于光栅化处理单元数量的纹理，由此能够尽快逼近GPU处理纹理能力的极限值。

根据上述分析与发现，本发明建立了以下公式计算纹理填充率：

纹理填充率=单个像素混合纹理的数量×纹理平面需要映射的像素个数×（场景总时长/场景总帧数）。

实施例

本实施例中采用本发明提供的一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法实现了对GPU纹理填充率的有效测量，具体包括以下步骤：

S1、最小化被测平台的显示环境要素。

例如，国产平台下基于X11、Wayland协议的桌面窗口通常需要常驻显存并消耗GPU资源，为减小其对测试过程的影响，本发明可将被测平台设置为开机即进入控制台模式不启动任何窗口。此时，基于窗口的显示操作如OpenGL、OpenGL ES、DirectX等多种图形接口全部失效，但可通过操作framebuffer来实现显示。

S2、确定被测平台的可处理纹理极限值。

本实例建立第三方程序完成可处理纹理极限值的测试。具体包括：

S2.1、采用2×2的最小渲染区域创建全屏图形填充2×2大小的纹理，选取最小的图形和纹理是为了加速程序执行的过程；

S2.2、增加全屏图形个数，增加的图形采用其他的2×2大小纹理进行填充；

S2.3、检验第三方程序返回值，若为零表示正常退出，若为其他值则表示程序异常，这时以产生异常的上一次填充的纹理数量作为可处理纹理极限值。

S3、创建全屏测试窗口，构建设定数量为2、大小为1M/可处理纹理极限值的纹理大小、格式为非压缩纹理的纹理作为测试纹理组，在被测平台启动将测试纹理组渲染至测试窗口的操作，同时启动记录渲染执行时间及渲染帧数，待测试纹理组渲染完毕后停止记录，并将记录的渲染执行时间保存为本轮场景总时长，将渲染帧数保存为本轮场景总帧数，将设定数量保存为本轮单个像素混合纹理的数量。

S4、若设定数量小于可处理纹理极限值，则令设定数量自加增量值后执行S3；否则执行S5。

S5、由第三方程序整理各轮测试数据计算得到各轮纹理填充率，选取最大值作为测试结果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于最小数据填充的纹理填充率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用设定像素的渲染区域创建全屏图形，该全屏图形中填充长宽均为设定像素的纹理；逐轮增加全屏图形的数量，记录本轮全屏图形的数量，监测被测平台的处理状态，当被测平台GPU产生处理异常时上轮全屏图形的数量即为被测平台GPU的可处理纹理极限值；

步骤2、创建测试窗口，构建设定数量的、大小为设定纹理大小且格式为非压缩的纹理作为测试纹理组，在被测平台启动将测试纹理组渲染至测试窗口的操作，同时记录渲染执行时间及渲染帧数，待测试纹理组渲染完毕后停止记录，并将记录的渲染执行时间保存为本轮场景总时长，将渲染帧数保存为本轮场景总帧数，将设定数量保存为本轮单个像素混合纹理的数量；

步骤3、若设定数量小于可处理纹理极限值，则令设定数量自加增量值后执行步骤2；否则执行步骤4；

步骤4、根据各轮的场景总时长、场景总帧数及单个像素混合纹理的数量，采用公式：纹理填充率=单个像素混合纹理的数量×纹理平面需要映射的像素个数×场景总时长/场景总帧数，计算各轮的纹理填充率，其中，纹理平面需要映射的像素个数为铺满测试窗口的图形所包含的像素个数；最大纹理填充率即为被测平台的纹理填充率。

2.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述步骤1中所述设定像素为长宽均为2像素。

3.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述步骤1还包括：将被测平台设置为以控制台模式运行。

4.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述步骤1还包括：关闭被测平台的垂直同步机制。

5.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述步骤2中所述在被测平台启动将测试纹理组渲染至测试窗口的操作的渲染方式为：离屏渲染。

6.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述设定纹理大小的确定方式为：若被测平台的显卡具有专用纹理显存，则以专用纹理显存的大小与可处理纹理极限值的比值作为设定纹理大小；否则以主显存的大小与可处理纹理极限值的比值作为设定纹理大小。

7.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述测试窗口的尺寸设置为屏幕显示尺寸。

8.根据权利要求1所述的纹理填充率测试方法，其特征在于，所述设定数量在首轮渲染时设置为2，所述增量值设置为1。