فهم أداء التظليل الحجمي: قراءة معمقة

ما هو معيار التظليل الحجمي؟

يدفع معيار التظليل الحجمي العتاد إلى أقصى حد من خلال تقييم دالة حجمية لكل بكسل على الشاشة. بدلاً من ترسيم المثلثات، يقوم الشيدر بتتبع أشعة متدرّج: يخطو على طول شعاع الرؤية ويقيّم دالة لتحديد ما إذا كان الشعاع يلتقي بسطح. في حالتنا تُعرّف الدالة كسورية Mandelbulb، وهي اختبار إجهاد مثالي لأنها تجمع بين الحسابات المتسامية، والدوائر التكرارية، والتفرعات—وهي مكونات مثالية لكشف القدرة الحسابية الخام وسلوك الذاكرة في العتاد الحقيقي.

يعمل تنفيذنا بالكامل داخل مبرمج شظايا WebGL للحفاظ على بساطة خط الأنابيب وإمكانية المقارنة بين الأجهزة. يحسب كل إطار مسار الكاميرا المداري نفسه، لذا يمكنك الوثوق بأن أي اختلاف في معدل الإطارات يعكس أداء وحدة GPU أو سلوك التعريف أو المعلمات التي اخترتها، وليس اختلافًا في المشهد.

اعتبارات معمارية وتأثيرات المترجم

يكبّر معيار التظليل الحجمي الفروق المعمارية. تميل وحدات GPU ذات إنتاجية FP32 الأعلى ووحدات الدوال المتسامية الفعالة إلى التفوق في حسابات Mandelbulb. يمكن للموجات أو الحزم الأوسع إخفاء الكمون طالما بقي التفرع محدودًا، لكن التفرع الكثيف داخل النواة قد يقلل نسبة الإشغال. إذا قارنت وحدة GPU محمولة بأخرى مكتبية عند الإعداد نفسه، فتوقع تفوق البطاقة المكتبية في القدرة الحاسوبية وعرض النطاق للذاكرة وقدرتها على الحفاظ على ترددات أعلى لفترات أطول.

يؤثر مترجم التعريف كذلك. يمكن أن تغير تعديلات GLSL الصغيرة ضغط السجلات أو اختيار التعليمات. وعلى الرغم من أن الشيدر لدينا ثابت وقابل للنقل عمدًا، قد تتبع متصفحات مختلفة مسارات ترجمة متباينة. لهذا ننصح باستخدام المتصفح نفسه عند إجراء مقارنات A/B والتركيز على الفروقات النسبية بين الإعدادات بدلاً من قيمة FPS مطلقة واحدة.

منهجية بسيطة وقابلة للتكرار

لبناء مجموعة بيانات موثوقة، اختر إعدادًا مسبقًا واحدًا لكل فئة أجهزة—على سبيل المثال "منخفض للغاية" للأجهزة اللوحية، و"متوازن" للحواسيب المحمولة المخصصة للألعاب، و"مرتفع" للحواسيب المكتبية. سخّن الجهاز لمدة دقيقة، ثم سجّل المؤشرات لمدة دقيقة أخرى. صدّر النتائج بعد كل تشغيل وسمِّ ملفات CSV باسم الجهاز والمتصفح والتعريف والتاريخ.

بعد ذلك قارن الإعدادات. رفع عدد التكرارات أو خفض حجم الخطوة يزيد الحمل الحسابي ويبرز الفرق بين وحدات GPU. عندما تحتاج إلى قياس تأثير تحديث تعريف أو نسخة متصفح، انتقل إلى CSV السابق وقارن الأرقام عينًا بعين.

فهم FPS مقابل زمن الإطار

يمثّل معدل الإطارات معدل الإنتاجية، لكنه لا يكشف وحده مدى سلاسة التجربة. زمن الإطار (بالمللي ثانية) هو متوسط الوقت اللازم لرسم إطار واحد. إطار بمعدل 60 FPS يقابل 16.6 مللي ثانية. إذا كانت زمن الإطار ثابتة حول هذا الرقم، ستبدو الحركة سلسة حتى لو انخفض FPS قليلاً. أما إذا تذبذبت زمن الإطار بين 8 و25 مللي ثانية فستشعر بالتقطيع حتى مع متوسط FPS مرتفع.

خلال الاختبار، راقب لوحة الإحصاءات العليا—سواء في التراكب داخل اللوحة أو في لوحة عناصر التحكم. إذا اتسع الفرق بين الحدين الأدنى والأقصى، فربما حان الوقت لتقليل مقياس الدقة أو رفع حجم الخطوة أو التحقق من الحرارة.

كيفية قراءة التنبيهات

عند انخفاض متوسط FPS إلى ما دون 10 لفترة، يعرض المعيار تحذيرًا يسمح لك بالمتابعة أو الإيقاف. وإذا بقي تحت 3، يوقف التشغيل تلقائيًا ويقترح إعدادًا أخف. تُعد هذه التنبيهات خطوطًا إرشادية فقط—لا يزال عليك مراقبة المؤشرات واتخاذ القرار المناسب لاحتياجاتك.

التصدير والروابط القابلة للمشاركة

استخدم زر التصدير لحفظ ملف CSV يضم متوسط FPS وزمن الإطار والحدين الأدنى والأقصى واسم وحدة GPU كما يورده WebGL. يسمح لك ذلك بمقارنة التشغيل الحالي مع عمليات تشغيل سابقة أو مشاركتها مع الفريق الهندسي. عند استخدام زر المشاركة، يتضمن الرابط المعلمات نفسها (iter وstep وres وzoom) حتى يتمكن أي شخص من إعادة الاختبار بالضبط كما أجرَيتَه.

لماذا WebGL؟

يتوفر WebGL في جميع المتصفحات الرئيسية على سطح المكتب والأجهزة المحمولة، ما يجعل معيار التظليل الحجمي المعتمد على المتصفح متاحًا وقابلًا لإعادة التشغيل. يستهدف منفذنا WebGL 1 لضمان أقصى توافق، ويستخدم شيفرة شيدر دقيقة لتجنب الميزات التي تفتقر إليها الأجهزة الأقدم. ومع ذلك، يستطيع WebGL 1 دفع كمية مدهشة من العمل، وهو ما يبرز فروق القدرة الحسابية وجودة المترجم.

على العتاد الحديث سترى مقياسًا واضحًا مع الدقة وعدد التكرارات. هذه القابلية للضبط هي الهدف: فهي تسمح لك بضبط عبء العمل ليقع بين 10 و15 مللي ثانية للإطار على جهازك، وهو نطاق مفيد للأعمال التفاعلية اليومية.

نقاط أساسية

• استخدم الإعدادات المسبقة لبناء خط أساس، ثم اضبط التكرارات وحجم الخطوة ومقياس الدقة لاستهداف زمن إطار مفيد.
• صدّر النتائج بصيغة CSV لتتبع التقدم والتغييرات عبر الزمن.
• شارك الروابط المعيارية حتى يتمكن الآخرون من إعادة التشغيل ومقارنة وحدات GPU بعدل.
• راقب زمن الإطار كما تراقب FPS—فالثبات لا يقل أهمية عن متوسط الإنتاجية.

مع عبء عمل ثابت ومعلمات واضحة، يكشف معيار التظليل الحجمي كيف تتعامل وحدة GPU لديك مع التظليل الثقيل بالحسابات. للحصول على خطوات تفصيلية، اطلع على دليل القياس القابل للتكرار.