WebGL渲染引擎优化方向 -- 加载性能优化

作者：caven chen

前言

WebGL 是一种强大的图形渲染技术，可以在浏览器中快速渲染复杂的 3D 场景。但是，由于 WebGL 的高性能和高质量要求，如果不注意性能优化，它可能会消耗大量的 CPU 和 GPU 资源，导致应用程序性能下降。

首先性能优化是一个比较大的话题，会涉及多个技术点，对于大场景来说，一般优化可以分为以下几个大的优化方向：

1. 加载性能的优化
2. 渲染帧率的优化
3. 内存管理的优化

今天我们讨论就是第一个方向：加载性能的优化，加载性能的优化可以从以下方面入手。

模型压缩

模型和贴图数据是整个加载过程中最为“重量级”的数据。因此，我们应当从建模阶段就定好规范，在保证外观效果的前提下，尽量使用较为精简(面数较少)的模型。在模型制作完成之后，我们也应当尽量选取一些压缩比较高的模型格式，例如 glb、gltf 等进行模型传输，除了修改模型格式外，我们还可以通过下面的方式加载网络传输：

gzip

对于一些纯字符编码的模型，如 obj，dae 等，在服务端开启 gzip 压缩，可以带来较好的压缩比。而且，使用 gzip 压缩是服务器与浏览器直接默认完成的，无需任何额外操作，对于开发者可以做到无感知。所以建议使用这类模型的都加上 gzip 压缩。其实我们可以默认所有文件都开启，比如 js、css 文件经过 gzip 压缩后传输量也会小很多。

来源：https://medium.com/@repgad.mr.site/what-is-gzip-introduction-to-this-method-of-compressing-information-in-the-network-b5610e4766d0

gltf draco

对于可以选取导出格式的项目来说，选取 gltf 格式加 draco 压缩的方式，可以得到较高的压缩比。不过使用 draco 压缩并不是没有代价的，有时候可能会造成模型的外观损坏。同时，解压模型也需要一些的时间。所以，对于小的模型，网络传输较快的，也就没必要上 draco 压缩了。

来源：isux-optimizing-3d-model

来源：isux-optimizing-3d-model

贴图压缩

上述描述的模型压缩只针对模型网格数据，不会对贴图进行处理，然而很多时候贴图文件往往大于模型。贴图尺寸也应该根据需要选取，不应该过大，一般最好不要超过 4k，保持 1024 或者 2048 较好。贴图也最好使用 2 的 n 次幂的尺寸。下面介绍如何优化用于应用程序渲染的贴图文件。

对于常见的贴图一般使用 jpg、png、tga 等格式，但是这部分格式加载完毕后，png/jpg 仍需要全部转码为纹理(texture)才能开始渲染，而具有相同尺寸的贴图纹理 GPU 占用内存大小相同，故压缩后的 png/jpg 对于渲染过程并没有优化。庆幸的是许多设备都有可直接用于渲染的 GPU 压缩纹理(compress texture)格式，压缩纹理可比由 png 直接转换的纹理减少 5 倍或以上的大小。如果直接提供压缩纹理格式，则不需要进行 png 的转码过程且可大大减少纹理内存。但由于 GPU 芯片提供商太多，设备的压缩纹理格式多种多样。

来源：isux-optimizing-3d-model

来源：isux-optimizing-3d-model

2019 五月份，Binomial 公司和 google 联合推出了 Basis Universal 压缩 GPU 纹理技术，Basis Universal 支持多种常用的压缩纹理格式，将 png 转换为 basis 文件后，大小与 jpg 格式差不多，但在 GPU 上比 png/jpg 小 6-8 倍。在保持 GPU 性能效率的同时，提升 Web端、桌面端和移动应用程序中图像传输的性能。此版本填补了图形压缩生态系统中的一个关键技术空白，同时也补充了 Draco 几何压缩的部分早期工作。

分包流式加载

对于大的场景，特别是 BIM 或者 GIS 场景，如果把所有模型全部加装完成了再展示，可能会让用户等待时间过久。所以，我们可以采取分包流式加载的方式，每个包加载一部分的模型，加载解析完成后即丢到渲染主线程中进行渲染。这种方式就是大家经常看到的是3dtiles、i3s、s3m这种类型的模型。

想要达到这样的效果，我们一般会使用 worker 进行数据的加载和解析处理，这样保证了加载的线程和主线程是隔离的，不会产生加载解析模型过程中产生的 UI 卡顿。同时，如果我们想要达到并行加载和解析的效果，可以开多个 worker 进行多线程的同时加载解析工作。

来源：某一个3dtiles的模型目录@作者

使用缓存

优化完了首次加载的耗时操作，我们可以继续优化加载，采用各种缓存技术是也常见的加载优化方法，其中包括使用浏览器文件缓存、前端缓存等。

使用 CDN

对于加载来说，除了文件本身大小因素，我们不得不考虑的一点就是文件所放置的服务器带宽问题。如果模型场景都放在一台服务器上，加载过程中必定会对服务器的带宽带来一定压力。所以使用 cdn 做静态资源的文件服务，变得顺理成章。

总结

通过本文相信你已了解了加载性能的优化方法，目前介绍的优化方式在实际开发过程中可以进行有机组合使用，这样更好的提升加载效率。

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