WebGL图形编程实战【6】：性能优化 × 调试工具与技巧精讲

调试工具

NVIDIA Nsight Systems

NVIDIA Nsight Systems 这个工具帮助开发者深入了解应用程序在CPU、GPU 和网络通信等各个层面的运行情况，从而有效地识别性能瓶颈并进行优化

WebGL-Inspector

插件的地址在这：WebGL-Inspector chrome插件
但是在这里已经无法下载，在chrome商店里面没有，在其GitHub仓库 WebGL-Inspector 也没有找到。

然后在 百度网盘 找到一个下载地址。下载下来的crx扩展文件直接拖拽安装的时候报错了，这时可以将crx改为zip压缩文件。然后再解压，然后在chrome://extensions/里面找到刚刚解压的目录，点击加载已解压扩展程序安装即可。

调试说明：可以用这个水族馆或者拿一个webgl写的案例来试一下。打开目标网页之后，点击刚才安装的插件，如果没有弹出下面的弹框，再点击右上角绿色的UI图标就会弹出这个框了。

WebGL-Inspector 是一个用于调试和分析 WebGL 应用程序的浏览器插件，它的调试工具可以帮助开发者深入理解 WebGL 渲染管线的运行状态、资源使用情况和性能表现。以下是各个调试工具的作用和含义：

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1. Trace（调用追踪）

• 作用：记录 WebGL API 的调用历史。
• 功能：
  • 按时间顺序显示所有 WebGL 函数调用（如 gl.drawElements, gl.bindBuffer 等）。
  • 可以查看调用参数、返回值以及上下文状态的变更。
  • 支持跳转到代码触发位置（若浏览器支持）。
• 用途：
  • 调试渲染错误时，定位具体的 WebGL 调用步骤。
  • 检查冗余的 API 调用（如重复绑定纹理或缓冲区）。
  • 分析代码逻辑是否符合预期。

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2. TimeLine（时间线）

• 作用：可视化 WebGL 渲染性能。
• 功能：
  • 显示每一帧的渲染时间、资源加载时间、GPU 耗时等。
  • 标注关键事件（如 drawCall、texture upload 等）。
  • 支持逐帧分析，观察性能波动。
• 用途：
  • 定位性能瓶颈（如过多的绘制调用或过大的纹理上传）。
  • 优化帧率（FPS），确保渲染流畅性。

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3. State（状态查看器）

• 作用：实时监控 WebGL 上下文的状态参数。
• 功能：
  • 显示当前启用的 WebGL 状态（如 BLEND、DEPTH_TEST、CULL_FACE 等）。
  • 查看状态参数（如混合函数 blendFunc、深度测试阈值 depthRange 等）。
  • 对比不同时刻的状态变化。
• 用途：
  • 调试渲染错误（如因状态未正确设置导致的显示异常）。
  • 确认渲染管线配置是否符合预期（例如混合模式或深度测试是否开启）。

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4. Texture（纹理查看器）

• 作用：管理当前 WebGL 上下文中的所有纹理。
• 功能：
  • 列出所有已创建的纹理（包括尺寸、格式、过滤模式等元数据）。
  • 预览纹理内容（支持放大/缩小查看像素细节）。
  • 分析纹理内存占用。
• 用途：
  • 检查纹理是否正确加载（如 UV 翻转、格式错误）。
  • 优化纹理内存（如发现未销毁的冗余纹理）。
  • 调试纹理采样问题（如过滤模式或 MIPMAP 配置错误）。

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5. Buffers（缓冲区查看器）

• 作用：管理顶点缓冲区（VBO）、索引缓冲区（IBO）等。
• 功能：
  • 显示缓冲区类型（ARRAY_BUFFER、ELEMENT_ARRAY_BUFFER 等）、大小和使用次数。
  • 查看缓冲区数据的原始内容（如顶点坐标、颜色、UV 等）。
  • 检查顶点属性指针（vertexAttribPointer）的配置。
• 用途：
  • 确认顶点数据是否正确上传。
  • 调试因缓冲区绑定错误导致的渲染问题（如模型缺失或错乱）。
  • 优化内存使用（如复用缓冲区或删除无效缓冲区）。

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6. Programs（着色器程序查看器）

• 作用：管理 WebGL 着色器程序（Shader Program）。
• 功能：
  • 列出所有已编译的着色器程序及其关联的顶点/片段着色器。
  • 显示着色器源码、编译日志和错误信息。
  • 查看 Uniform 和 Attribute 变量的值及类型。
  • 支持编辑并重新编译着色器（部分插件支持热重载）。
• 用途：
  • 调试着色器语法错误或逻辑错误。
  • 检查 Uniform 变量是否传递正确（如矩阵或光照参数）。
  • 优化着色器性能（如减少复杂计算或冗余变量）。

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WebGL lint

WebGL lint 是一个脚本，您可以将其放入 WebGL 项目中，以检查常见的 WebGL 错误。

可以直接通过script标签引入或者通过import引入

<script src="https://greggman.github.io/webgl-lint/webgl-lint.js" crossorigin></script>;import 'https://greggman.github.io/webgl-lint/webgl-lint.js';

就像这样，引入了webGL-lint之后我不小心将draw放在了设置着色器变量之前调用了，这个时候就会报错：uniforms "proj" have not been set

类型化数组

提升webGL效率

数据方面（数据组织）

绘制一个带有颜色的三角形，我们通常需要定义两个数组，然后再读取数据传到着色器代码当中。

• 顶点坐标xyz数组
• 颜色数组

但是在CPU和GPU在读写数据的时候，会消耗大量的时间，所以尽量减少数据的读写次数，尽量减少数据在CPU和GPU之间的传输。所以在前面我们通常在数据融合在同一个数组当中，再通过vertexAttribPointer去取偏移量。

webGL.vertexAttribPointer(aPsotion, 4, webGL.FLOAT, false, 8 * 4, 0);
webGL.vertexAttribPointer(aColor, 4, webGL.FLOAT, false, 8 * 4, 4 * 4);

绘制方面（可视化）

核心在于drawArray和drawElements（调用的次数越少、性能越高）

退化三角形：表面上看起来是在绘制三角形，但是当webGL正要绘制的时候发现提供的顶点无法绘制，webGL会检测并且删除该三角形

不同的绘制方法消耗的性能

在webGL当中绘制平面都是基于三角形来绘制的，现在假设需要绘制8个三角形，然后有三个绘制三角形的API和两个绘制方法。其中顶点坐标用Float32Array类型，index数用Uint16Array类型。

• Float32Array需要4个字节，Uint16Array需要2个字节

	drawArray	drawElements
绘制三角形API	不需要index索引数组	需要index索引数组
TRIANGLES 三角形	8个三角形，每个三角形需要3个顶点 24 * 4 * 4 = 384	只需要九个不同的顶点以及3*8个索引位置 9 * 4 * 4 + 24 * 2 = 192
TRIANGLE_FAN 三角扇	上面需要6个点、下面也是6个点外加中间连接的两个点 (6 + 6 + 2) * 4 * 4 = 224	同样的需要九个顶点但是只需要14个索引位置 9 * 4 * 4 + 14 * 2 = 172
TRIANGLE_STRIP 三角带	同上	同上

总结：这是一个只包含8个三角形的小网格，而且只考虑了顶点位置，所以需要的内存相对来说还算小。
如果面对的是一个很的网格，而且还需要包括法线和纹理坐标，则使用drawElements()方法+TRIANGLE_STRIP图元的组合可以节省更多的内存。

重要的是，不要毫无必要地浪费内存，但是从性能角度来看，内存并不是唯一重要的因素。从性能角度来看，三角形绘制的顺序以及项点数据的组织形式也是很重要的因素。