使用Direct3D时，CPU上会进行多少数学计算？

Question

背景：我刚开始入门，甚至没有接触Direct3D 11 API，而是试图理解管道等。

从文档和网上流传的信息来看，似乎一些计算由应用程序处理。也就是说，计算不仅仅是将矩阵呈现给GPU进行乘法运算，而是由在CPU上操作的数学库进行计算。我没有特别的资源可以指向，尽管我想我可以指向XNA Math Library或2月份DX SDK中提供的示例。当你看到像mViewProj = mView * mProj;这样的代码时，这个投影是在CPU上计算的。或者我错了吗？

如果您正在编写一个程序，在屏幕上可以有10个立方体，可以移动或旋转立方体，以及视点，那么您会在CPU上进行哪些计算？我认为我会存储一个单独的立方体的几何形状，然后变换表示实际实例的矩阵。然后，似乎我会使用XNA数学库或其他我选择的库来在模型空间中变换每个立方体。然后得到世界空间中的坐标。然后将信息推送到GPU。

这在CPU上需要进行相当多的计算。我错了吗？

• 我是不是基于太少的信息和理解得出结论的？
• 如果答案是STFW，我应该搜索什么术语？
• 或者如果我是对的，为什么这些计算没有被推送到GPU？

编辑：顺便说一句，我没有使用XNA，但文档指出XNA数学库取代了以前的DX数学库。（我将SDK中的XNA库视为一个纯粹的模板库）。

- user346582

Answer 1

“我是否基于过少的信息和理解得出结论？”

这并不是什么坏事，我们都会这样做，但简单回答是：是的。

GPU 所执行的任务通常取决于 GPU 驱动程序和您的访问方式。大多数情况下，您真的不需要关心或知道这些（除了好奇心和一般的理解）。

对于 mViewProj = mView * mProj; 这个公式，它很可能在 CPU 上执行。但它并不会产生太大的负担（最多计算 100 次周期）。真正的技巧在于将新的视图矩阵应用于“世界”上。每个顶点需要进行变换，并伴随着着色、纹理、光照等等。所有这些工作都将在 GPU 中完成（如果在 CPU 上完成，事情将变得非常缓慢）。

通常情况下，您对世界进行高级别的更改，例如 20 个 CPU 绑定的计算，而 GPU 则负责根据这些更改渲染世界所需的数以百万计或十亿计的计算。

以您的 10 个立方体为例：您为每个立方体提供一个变换，您创建变换所需的任何数学运算都是 CPU 绑定的（有例外情况）。您还为视图提供一个变换，同样地，创建变换矩阵可能是 CPU 绑定的。一旦您拥有了 11 个新矩阵，就将它们应用到世界中。从硬件角度来看，这 11 个矩阵需要被复制到 GPU 中……这将非常快速……一旦复制完成，CPU 就完成了任务，GPU 根据新数据重新计算世界，将其渲染到缓冲区并显示在屏幕上。因此，对于您的 10 个立方体，CPU 绑定的计算量是微不足道的。

查看一些 XNA 项目的反射代码，您将看到您的计算何时结束以及 XNA 何时开始（XNA 将尽其所能在 GPU 中完成所有工作）。

- Rusty

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通常情况下，您会对世界进行高级别的更改，可能包括20个CPU绑定计算。即使是更复杂的场景，您也会重新设计数学库（例如将CPU绑定计算推送到GPU上）吗？还是说高数量的CPU绑定计算只是一个有缺陷的设计？（另外，请注意我的编辑，使用的是C++而不是C# + XNA）。 - user346582

使用CPU并不是邪恶的：在现代双核CPU上，您可以执行的CPU计算数量仍然可以保持60 FPS（对于良好用户体验的最低目标FPS，依我之见），而且随着64位、6核、12线程3.5GHz CPU的出现，价格低于1000美元，这只会变得更好。当然，允许的CPU时间百分比完全取决于您。有几个库可以将一般计算推送到GPU上进行处理，请参见：https://dev59.com/mnM_5IYBdhLWcg3wvF3J。使用GPU作为数学协处理器绝对是未来趋势。 - Rusty

我不认为 CPU 是邪恶的，但我觉得有关渲染图形的计算被留给了 CPU，这很奇怪，而现在有一个尖端趋势是将这些计算移动到加速渲染的设备上。无论如何，确认 CPU 上的计算结果是好的。感谢您抽出时间回答我的问题。 - user346582

@zirgen："很奇怪...留给CPU"。直到不久以前，你没有选择...一切都在CPU上发生。某个平台上的操作方式总是受平台历史的影响，有时（大多数情况下）历史会胜过“正确的方法”。...干杯 - Rusty