Na última parte, falamos sobre o nascimento do KOMPAS-3D v18, algo sobre a seleção de critérios e modelos para testar novas funções, e também abordamos o tópico de renderização na versão “Básico”.
Vamos continuar com a história sobre a opção de renderização "Melhorado".

Chamadas de desenho

Alexander Tulup, programador:
“O principal problema do desempenho da exibição de cenas grandes está associado a um grande número de chamadas de“ chamadas de desenho ”. A versão antiga da renderização é construída sobre o modelo de dados matemáticos. Assim, para cada primitiva - pontos, arestas, faces - um método separado foi chamado para sua exibição.

Para cada chamada de empate, o OpenGL (driver) realiza uma série de verificações, convertendo simultaneamente os comandos recebidos em um formato compreensível para a placa de vídeo, após o qual as chamadas são adicionadas à fila e já são executadas.


Esquema de transferência de comando da GPU no OpenGL ( fonte )

Com um grande número de detalhes, o número de chamadas para a CPU aumenta tanto que os dados simplesmente não têm tempo para chegar na placa de vídeo. Temos uma situação em que em uma placa de vídeo muito forte ela "desacelera" da mesma maneira que em uma placa média ou mais fraca.

Você pode lidar com isso reduzindo o número de renderizações (transições de estado) - agrupe por material, combine geometria comum ( instanciação ) etc.

Não devemos esquecer que, de toda a cena, vemos apenas uma parte dela. Algoritmos para detectar objetos invisíveis são aplicáveis ​​aqui (seleção de frustum, seleção de oclusão, etc.)

Inspirados no exemplo de The Road to One Million Draws e AZDO , decidimos seguir um caminho bastante incomum: livrar-se das alterações de estado no lado da CPU o máximo possível. Agora quase tudo é feito na placa de vídeo. Todos os atributos necessários são retirados diretamente da memória de vídeo enquanto são desenhados no próprio sombreador ( sombreador ), que foi possível graças ao aumento da memória de vídeo ( VRAM ) e ao advento do SSBO .


1.000.000 dados

Das vantagens dessa abordagem: a velocidade da tela se tornou realmente alta. A velocidade é limitada apenas pelos recursos da GPU, ou seja, a quantidade de dados que ela pode processar.

Também permitiu implementar com eficiência mecanismos de recorte para objetos invisíveis. Os resultados da verificação de visibilidade são gravados diretamente na memória de vídeo e, a partir daí, os comandos de desenho são formados com base neles. Ou seja, no lado da CPU, você não precisa esperar.

Uma das principais desvantagens dessa abordagem é a alta complexidade de desenvolvimento. Muito precisa ser implementado novamente, levando em consideração a abordagem escolhida. Além disso, muitas vezes tivemos que lidar com uma situação em que o mesmo código de sombreador funcionava de maneira diferente ou não funcionava em placas de vídeo de diferentes fabricantes. Geralmente, isso era "tratado" pela atualização do driver, mas algumas vezes após uma longa depuração era necessário reescrever o código.

Naturalmente, os requisitos para a placa de vídeo também aumentaram. O suporte ao OpenGL 4.5 é uma chave, mas não é o único requisito.

A seguir, apresentamos os resultados da velocidade de renderização durante a rotação da montagem. Lembre-se de que 24 quadros por segundo (fps) são considerados indicadores confortáveis ​​para o olho humano.

A seguir, as medições foram realizadas em um PC com a seguinte configuração:
CPU: Intel Core i7-6700K 4.00 GHz
RAM: 32 Gb
GPU: NVidia Quadro P2000
SO: Microsoft Windows 10 x64 Professional

Tabela 1. Taxa de quadros (quadros por segundo, fps) em vários modelos. Mais é melhor. Modo de exibição: Meio-tom + estrutura de arame, modo simplificado desativado, qualidade de suavização de serrilhado: média (MSAA 8x)

Modelo	Quantidade componentes	Taxa de quadros, fps
		V16.1	v17.1	v18
Carro moagem em mosaico	2764	4.1	4.7	124,9
PGU-410	108337	0,3	0,4	28,6
Dumper de carro	17342	1,1	1.4	124,7
Ônibus bonde	9783	1.9	2,4	124,9
Maré do Norte estação de poder	48445	0,3	0,5	76,1
Instalação vácuo tecnológico	7189	1.9	2,3	124,9
Redutor de navio usina	6414	2.6	3.6.	123,9

Adicionando componentes a uma montagem grande

O cenário com a adição de componentes em uma montagem grande acabou evoluindo para o chamado teste complexo, descrito na Tabela 2.

Tabela 2. Cenário com inclusão de componentes em uma montagem grande. Critérios de teste.

Critério	Critério Descrição
Velocidade de abertura de arquivo	O componente adicionado à montagem deve ser carregado do disco
Velocidade de renderização	A montagem e o componente inserido devem estar posicionados, para isso você precisa girar / mover / ampliar a imagem
Velocidade de seleção de objetos	Para criar posicionamentos, você precisa selecionar os objetos básicos: faces, planos, arestas, etc.
Velocidade de sincronização com a árvore de construção	O componente adicionado à montagem e suas interfaces devem ser representados na árvore de construção
Velocidade de sincronização do módulo de especificação	O componente adicionado ao conjunto deve ser considerado na especificação.

Na tabela, você pode ver os pontos (desenho, abertura), que desde o início foram selecionados como direções separadas de acelerações. Mas as melhorias exigiram outros componentes.

Um tempo significativo foi gasto pela sincronização com uma árvore. Resolvemos o problema implementando uma atualização parcial.

Outra dificuldade foi o impacto significativo da especificação no desempenho do KOMPAS-3D. Em alguns cenários de teste complexos, esse componente foi o principal (50% ou mais).

Alguns resultados

Adicione componentes à montagem "Redutor da usina do navio".


Teste abrangente para a montagem "Redutor de uma usina marítima".
Os números mostram: 1 - suporte, 2 - arruela, 3 - parafusos.

Tabela 3. Tempo de inserção dos componentes em uma montagem grande em segundos. Menos é melhor.

Componente	Acção		Tempo s
			V16.1	v17.1	v18
Inserir componente Suporte	A carregar		2.0	3.0	2.2
	Mudar para o modo de emparelhamento		0,6	0,4	0,4
	Primeiro emparelhamento	Seleção do primeiro objeto	0,4	1,0	0,2
		A escolha do segundo objeto	0,5	1,1	0,2
		Selecione o emparelhamento certo	3.8	3.6.	1,0
	Segundo emparelhamento	Seleção do primeiro objeto	0,5	1.4	0,5
		A escolha do segundo objeto	0,5	1.4	0,2
		Selecione o emparelhamento certo	3.6.	3.0	1,2
	Terceiro emparelhamento	Seleção do primeiro objeto	0,5	0,5	0,5
		A escolha do segundo objeto	0,3	1,1	0,3
		Selecione o emparelhamento certo	3,7	3.2.	1,1
	Confirmar criação de inserção		7.8	5.2.	2,3
	Inserção total do suporte		24,2	24,6	10.1
Inserir anilhas da biblioteca padrão produtos	Primeira seleção de emparelhamento		6.4	2,4	0,4
	Seleção do segundo par		4.2	3,1	0,4
	Confirmar criação de inserção		15,7	9.2	4.4.
	Total para arruelas de inserção		26,3	14,7	5.2.
Inserir parafusos	A carregar		2.0	2.7	2.0
	Mudar para o modo de emparelhamento		0,5	0,5	0,5
	Primeiro emparelhamento	Seleção do primeiro objeto	0,4	1,0	0,2
		A escolha do segundo objeto	0,4	1,1	0,2
		Selecione o emparelhamento certo	3.4.	2.7	1,0
	Segundo emparelhamento	Seleção do primeiro objeto	0,4	1,2	0,4
		A escolha do segundo objeto	0,5	0,5	0,4
		Selecione o emparelhamento certo	3,7	2.9	1,0
	Terceiro emparelhamento	Seleção do primeiro objeto	0,5	1,0	0,5
		A escolha do segundo objeto	0,5	1,0	0,2
		Selecione o emparelhamento certo	4.2	3.9	1,2
	Confirmar criação de inserção		32,5	5,4	2.2
	Total para inserção de parafusos		49.	21,2	9,8
A inserção total dos três componentes			99,5	60,5	25,1

Um teste abrangente pode ser considerado como um dos cenários de edição da montagem (a partir do número de comuns).

Além disso, a reconstrução da montagem acelerou. Agora, se você editar uma operação, a montagem inteira não será completamente reconstruída - apenas os objetos alterados serão atualizados. Para determinar as operações dependentes, ou seja, essas operações, cujo resultado pode ser afetado pelo resultado da operação alterada, é utilizado um algoritmo especial que cria conexões entre operações, corpos e inserções.

Abrir montagens

A idéia principal de aumentar a velocidade da leitura de arquivos é fazer com que o KOMPAS-3D leia apenas o que o usuário precisa no momento.

Por exemplo:

• leia apenas a execução atual para pastilhas de montagem,
• para tipos de download, leia apenas as informações necessárias: triangulação ou triangulação + resultados ( B-rep ).

Tudo isso requereu refinamento da estrutura de dados no arquivo para que suas partes individuais pudessem ser lidas.

Anton Sidyakin, programador, líder de equipe:

“Há algum tempo, o arquivo KOMPAS-3D é um arquivo que combina vários arquivos de serviço. Um deles contém dados de modelo / montagem de documentos organizados em uma estrutura em árvore. A capacidade de navegar nessa estrutura já existia. Para leitura parcial, era necessário garantir a independência das partes entre si. Assim, as partes recebidas não deveriam ter se referido, caso contrário, a parte com o link teria se tornado "inferior".

Como resultado, para detalhes, foi possível separar o desempenho do documento e um do outro. Nas montagens, o contêiner para inserções e posicionamentos é destacado separadamente. Dentro das execuções, também foi possível separar os dados iniciais para a construção e os resultados na forma de triangulação e corpos.



Se falamos sobre tipos simplificados de carregamento, a montagem editável é totalmente carregada e apenas triangulação e, dependendo do tipo, representação de limite (B-rep) são carregadas de suas inserções. A exibição de inserções com variáveis ​​externas alteradas nesse modo apresentou algumas dificuldades, uma vez que foram obtidas anteriormente em tempo real mediante a reconstrução durante a leitura e, nos tipos simplificados de carregamento, não há dados para isso. A solução foi anotar os resultados da reconstrução dessas pastilhas na montagem. Isso deu aceleração e devido à falta de reconstrução.

A divisão descrita do documento em peças permitiu carregar na montagem apenas os desempenhos selecionados nas inserções.

Além de acelerar a abertura de arquivos, a leitura parcial também ajudou a reduzir os recursos consumidos - principalmente a RAM.

Com base nas melhorias, apareceu um novo tipo de carregamento de montagem - “Parcial”. Nesse tipo de carregamento, apenas os resultados (corpos, superfícies) e triangulação são subtraídos do arquivo. O carregamento parcial permite criar pares e é próximo em termos de funcionalidade ao carregamento completo dos componentes.

Após implementar melhorias na leitura parcial, a criação de tipos de carregamento personalizados se torna promissora.


Para componentes que não são importantes para futuras compilações, o tipo de carga "Vazio" pode ser aplicado. Estes podem ser componentes escondidos dentro de outros ("vnutryanka"). Na v18, componentes (e montagens inteiras) com o tipo de inicialização "Vazio" são abertos quase instantaneamente.

Tabela 4. Tempo de abertura para montagens com os tipos de inicialização “Vazio” e “Dimensão” em segundos. Menos é melhor.

Modelo	Tipo de Download	Horário de abertura, s
		V16.1	v17.1	v18
Instalação vácuo tecnológico	Vazio	12,8	11,7	2,5
	Tamanho	21,2	20,8	2.6
Redutor de navio usina	Vazio	31,0	15,9	7.2
	Tamanho	371,5	114,8	7.3

Os componentes restantes, necessários para entender a aparência do produto ou serão usados ​​como objetos de suporte para futuras construções, podem ser carregados “Cheio” ou “Parcialmente”.

Como uma ferramenta para preparar tipos de inicialização personalizados, você pode usar novos comandos para selecionar componentes "invisíveis". Aplicamos o comando e, em seguida, usamos o menu de contexto para alterar o tipo de carregamento dos componentes selecionados para "Vazio".

Projeção

Ao acelerar a projeção, nos perguntamos a questão de filtrar os dados recebidos na entrada do núcleo matemático.

Em primeiro lugar, decidimos filtrar componentes / corpos invisíveis. Para esse propósito, foi utilizado o mecanismo de seleção de oclusão - permite descobrir se o corpo que será projetado é visível ou se fecha e se encontra dentro de outro corpo. Esta operação é realizada na lateral da placa de vídeo.

O maior efeito será ao criar projeções de modelos com um grande número de componentes ocultos em volumes fechados, por exemplo:

• acionamentos complexos, caixas de engrenagens etc.,
• veículos
• edifícios
• armários com equipamentos elétricos.

Para inclusão, a opção "Projeção aproximada" é responsável. O nome não é acidental - peças relativamente pequenas (por exemplo, um parafuso na escala de uma usina) podem não ser projetadas em uma escala de montagem. Para muitos usuários, esse estado de coisas será adequado, especialmente no caso de criação de desenhos dimensionais e desenhos gerais.


Mesmo sem usar esta opção, a projeção é visivelmente mais rápida em comparação com a V16 e v17. Isso foi ajudado por melhorias do lado do núcleo matemático.

Tabela 5. Hora de criar três projeções padrão em segundos. Menos é melhor.

Modelo	Hora de criar três projeções padrão, s
	V16.1	v17.1	v18 Incluído rascunho projeção	v18 Desligado rascunho projeção
Instalação vácuo tecnológico	124,1	47,5	12,9	34,6
Redutor de navio usina	256	410	38,4	54,4
Multiuso unificado corpo da caixa	99,9	123,4	44,9	53,5

Também na v18, foi implementada a possibilidade de reconstruir espécies associativas individuais.

Em um desenho que contém muitas vistas associativas, o usuário tem a oportunidade de reconstruir vistas irrelevantes individuais. Por exemplo, aquele ao qual ele deseja adicionar anotações. Você também pode especificar as vistas criadas com a opção Projeção aproximada ativada.


Esse recurso não se aplica a acelerações explícitas, mas permite que o usuário economize tempo.

O resultado do trabalho realizado para acelerar a projeção do modelo de instalação tecnológica a vácuo no desenho:


Na próxima parte, descreveremos como aceleramos o cálculo das características de centralização em massa (MTC), sobre a contribuição do núcleo geométrico do c3dlabs para o desempenho do COMPAS-3D, alterações no C3D Modeler e também sobre qual hardware é adequado para a v18.