threejs webgl性能优化

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了threejs webgl性能优化相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

threejs webgl性能优化

WEBGL性能优化的方法有很多，以下是一些常见的方法：

  1. 减少渲染次数：在WEBGL中，渲染次数越少，性能越好。因此，您可以通过减少渲染次数来提高性能。例如，使用批处理技术将多个对象合并为一个批处理对象进行渲染。

    1. WebGL 中的渲染次数越少，性能越好。这是因为在渲染过程中，WebGL 需要将场景中的每个对象都渲染一次，并将它们合成为最终的图像。如果场景中有很多对象需要渲染，那么就需要进行多次渲染，这会占用大量的 GPU 时间，导致性能下降。

      以下是一些减少渲染次数的技巧：

      1. 合并网格：如果你的场景中有很多小的网格对象，可以将它们合并成一个大的网格对象，这样可以减少渲染次数。

      2. 使用物体实例化：如果你的场景中有很多相同的对象，可以使用物体实例化技术来减少渲染次数。这样可以将一个对象实例化多次，而不是在场景中创建多个相同的对象。

      3. 使用 LOD（Level of Detail）：如果你的场景中有很多复杂的模型，可以使用 LOD 技术来减少渲染次数。这样可以根据距离和大小来动态地选择适当的模型细节级别，以便在不影响质量的情况下减少渲染次数。

      4. 避免不必要的渲染：如果你的场景中有很多对象，但只有一部分需要在每帧中进行渲染，可以使用 frustum culling 技术来避免不必要的渲染。这样可以根据相机的视锥体来剔除那些不在相机范围内的对象，从而减少渲染次数。

      5. 使用批处理技术：如果你的场景中有很多需要相同材质的对象，可以使用批处理技术来减少渲染次数。这样可以将多个对象的几何数据合并成一个大的几何体，并使用一个共享的材质来渲染它们。这样可以减少 WebGL 中的状态转换次数，从而提高性能。

  2. 降低纹理分辨率：纹理分辨率越高，渲染的时间就越长。因此，您可以降低纹理分辨率来提高性能。但是，要注意在降低纹理分辨率时不要过度，否则会影响渲染效果。

    1. 降低 WebGL 纹理分辨率可以帮助提高渲染性能，可以通过多种方式实现。

      一种方式是使用纹理压缩，例如使用 S3TC/DXT 等压缩格式。这些格式可以将纹理压缩到更小的尺寸，同时保持相对较高的质量。但是，这些格式并不是所有设备都支持，需要进行适当的检测和回退处理。

      另一种方式是在加载纹理时指定较低的分辨率。例如，可以将原始纹理缩小为其一半或四分之一的大小，然后将其加载到 WebGL 中。这样可以减少纹理的大小，从而减少渲染所需的内存和带宽。但是，这种方法可能会导致纹理模糊或失真，需要根据具体情况进行调整和测试。

      还有一种方式是使用 mipmaps。Mipmaps 是一种预先生成的纹理序列，每个纹理都是原始纹理缩小版本的一半。在渲染时，WebGL 可以根据距离和尺寸自动选择最适合的 mipmap 级别，从而提高渲染性能并减少锯齿和纹理失真。可以使用 `gl.generateMipmap()` 方法生成 mipmaps。

      综上所述，降低 WebGL 纹理分辨率可以通过纹理压缩、缩小原始纹理、使用 mipmaps 等方式实现，需要根据具体情况进行选择和调整。

     

  3. 减少重绘区域：在WEBGL中，如果只有部分区域需要重绘，那么只有这部分区域需要进行渲染，这可以大大提高性能。因此，您可以通过优化重绘区域来提高性能。

    如果只有部分区域需要重绘，那么只有这部分区域需要进行渲染，这可以大大提高 WebGL 的性能。

    在 WebGL 中，可以使用剪裁（clipping）来指定需要渲染的区域。剪裁可以通过设置视口（viewport）和裁剪矩形（scissor rectangle）实现。视口指定了渲染结果在 canvas 中的位置和大小，而裁剪矩形指定了实际需要渲染的区域。

    当需要重绘的区域只占 canvas 的一部分时，可以通过重新设置视口和裁剪矩形来减少渲染的区域。例如，可以将视口设置为需要重绘的区域，然后将裁剪矩形设置为整个 canvas，这样 WebGL 就只会渲染需要重绘的区域，而不是整个 canvas。

    // 设置视口
gl.viewport(x, y, width, height);

// 设置裁剪矩形
gl.scissor(x, y, width, height);

// 启用裁剪
gl.enable(gl.SCISSOR_TEST);

// 渲染需要重绘的区域

// 禁用裁剪
gl.disable(gl.SCISSOR_TEST);
    需要注意的是，使用裁剪可能会导致一些额外的计算开销，因此应该在需要时才使用，避免不必要的性能损失。

  4. 减少顶点数：在WEBGL中，顶点数越多，渲染的时间就越长。因此，您可以通过减少顶点数来提高性能。例如，在模型中去掉一些不必要的细节，或者使用LOD技术来降低模型的细节等级。

    顶点数越多，渲染的时间就越长。这是因为WebGL是一种基于三角形渲染的技术，每个三角形都需要计算、插值、绘制。当顶点数量增加时，需要绘制更多的三角形，因此渲染时间就会增加。

    为了优化WebGL的性能，我们可以尝试减少顶点数量，例如使用简化算法来减少模型的细节，或者使用LOD（Level of Detail）技术来根据距离远近动态调整模型的细节等级。此外，还可以使用批处理技术来合并多个物体的渲染请求，从而减少WebGL的调用次数，提高渲染效率。

  5. 使用缓存：在WEBGL中，缓存可以大大提高性能。您可以使用缓存来缓存经常使用的数据，例如纹理数据、顶点数据等。这样可以减少数据传输和计算，从而提高性能。

    缓存可以大大提高WebGL的性能。WebGL中有两种类型的缓存：顶点缓存和索引缓存。

     

    顶点缓存是将顶点数据存储在GPU中，可以在多次绘制中重复使用，从而减少数据传输和CPU计算量，提高渲染效率。

     

    索引缓存是将绘制三角形所需的顶点索引存储在GPU中，也可以在多次绘制中重复使用，从而减少数据传输和CPU计算量，提高渲染效率。

     

    使用缓存需要注意缓存的大小和使用方式。如果缓存过大，会占用过多的GPU内存，导致性能下降。如果缓存过小，可能会导致频繁的数据传输和CPU计算，影响渲染效率。因此，需要根据具体情况来优化缓存大小和使用方式。

     

    在实际开发中，我们可以使用像Three.js这样的WebGL框架来管理缓存，从而简化缓存优化的过程。

     

  6. 使用GPU加速：在WEBGL中，GPU可以加速计算和渲染，因此您可以使用GPU来加速计算和渲染。例如，使用WebGL的着色器语言来编写GPU加速的着色器程序。

    GPU可以加速计算和渲染。GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）是一种专门用于处理图形和图像的处理器，与CPU（Central Processing Unit，中央处理器）不同，它具有更多的并行处理能力和更高的浮点计算性能。

     

    在WebGL中，GPU主要用于渲染和计算。在渲染过程中，GPU可以并行地计算每个像素的颜色值，从而提高渲染效率；在计算过程中，GPU可以执行大量的浮点计算，从而提高计算速度。

     

    为了充分利用GPU的性能，我们需要注意以下几点：

     

    1. 编写高效的着色器代码，避免使用过多的分支和循环等控制流语句，以充分利用GPU的并行处理能力。

     

    2. 使用合适的数据结构和算法，避免不必要的计算和内存访问，以提高计算效率。

     

    3. 尽量减少数据传输和CPU和GPU之间的通信，避免影响渲染效率。

     

    4. 优化纹理的使用，避免过多的纹理切换和浪费GPU内存。

     

    总之，GPU是WebGL的重要组成部分，充分利用GPU的性能可以提高WebGL的渲染和计算效率。

 

three.js是一个非常强大的3D库，但如果不注意性能优化，渲染大型场景或复杂模型时可能会出现性能问题。以下是一些three.js性能优化的建议：

1. 减少三角形数量：使用较少的三角形数量来表示模型或场景，并尽量避免使用过多的细节和多余的面。

2. 合并几何体：将多个几何体合并为一个几何体，以减少渲染调用和状态更改。

3. 简化材质：使用简单的材质和纹理，减少材质数量和贴图大小。

4. 使用LOD：使用层级细节模型（LOD）以在不同距离上使用不同的模型细节，从而提高性能。

5. 避免透明度：尽量避免使用透明度，因为它需要更多的计算来处理混合。

6. 避免过多的光源：尽量避免使用过多的光源，它们会增加渲染时间。

7. 使用WebGL渲染器：使用WebGL渲染器而不是Canvas渲染器，它更快并且支持更多的特性。

8. 使用缓存：使用缓存来避免重复计算和渲染。

9. 优化代码：避免使用过多的循环和分支，并使用高效的算法。

10. 维护帧率：在渲染器循环中维护帧率，以确保性能稳定。

ThreeJS简介

参考技术A

近年来web得到了快速的发展。随着HTML5的普及，网页的表现能力越来越强大。网页上已经可以做出很多复杂的动画，精美的效果。 但是，人总是贪的。那么，在此之上还能做什么呢？其中一种就是通过WebGL在网页中绘制高性能的3D图形。

OpenGL 它是最常用的跨平台图形库。
WebGL 是基于 OpenGL 设计的面向web的图形标准，提供了一系列JavaScript API，通过这些API进行图形渲染将得以利用图形硬件从而获得较高性能。
而 Three.js 是通过对 WebGL 接口的封装与简化而形成的一个易用的图形库。
简单点的说法 threejs=three + js ，three表示3D的意思，js表示javascript的意思。那么合起来，three.js就是使用javascript 来写3D程序的意思。而javascript的计算能力因为google的V8引 擎得到了迅猛的增强，做3D程序，做服务器都没有问题。
WebGL 门槛相对较高，需要相对较多的数学知识（线性代数、解析几何）。因此，想要短时间上手 WebGL 还是挺有难度的。 Three.js 对 WebGL 提供的接口进行了非常好的封装，简化了很多细节，大大降低了学习成本。并且，几乎没有损失 WebGL 的灵活性。
因此，从 Three.js入 手是值得推荐的，这可以让你在较短的学习后就能面对大部分需求场景。

Three.js 的入门是相对简单的，但是当我们真的去学的时候，会发现一个很尴尬的问题：相关的学习资料很少。
通常这种流行的库都有很完善的文档，很多时候跟着官方的文档或官方的入门教程学习就是最好的路线。但Three不是的，它的文档对初学者来说太过简明扼要。
不过官方提供了非常丰富的examples，几乎所有你需要的用法都在某个example中有所体现。但这些example不太适合用来入门，倒是适合入门之后的进一步学习。
这里推荐一些相对较好的教程：

当然，实际的学习过程中这些资料肯定是不太够的，遇到问题还是要自己去查资料。不过这里要提醒一下，Three.js的更新是相当频繁的，现在是r80版本，自2010年4月发布r1以来，这已经是第72个版本了(中间有的版本号跳过了)。因此，在网上找到的资料有些可能是不适合当前版本的，需要注意甄别(前面推荐的资料也都或多或少存在这样的问题)。

要在屏幕上展示3D图形，思路大体上都是这样的：
1、构建一个三维空间
Three中称之为场景(Scene)
2、选择一个观察点，并确定观察方向/角度等
Three中称之为相机(Camera)
3、在场景中添加供观察的物体
Three中的物体有很多种，包括Mesh,Line,Points等，它们都继承自Object3D类
4、将观察到的场景渲染到屏幕上的指定区域
Three中使用Renderer完成这一工作

场景是所有物体的容器，也对应着我们创建的三维世界。

Camera是三维世界中的观察者，为了观察这个世界，首先我们要描述空间中的位置。 Three中使用采用常见的右手坐标系定位。

Three中的相机有两种，分别是正投影相机THREE.OrthographicCamera和透视投影相机THREE.PerspectiveCamera。

这里补充一个视景体的概念：视景体是一个几何体，只有视景体内的物体才会被我们看到，视景体之外的物体将被裁剪掉。这是为了去除不必要的运算。

正交投影相机的视景体是一个长方体，OrthographicCamera的构造函数是这样的：

Camera本身可以看作是一个点，left则表示左平面在左右方向上与Camera的距离。另外几个参数同理。于是六个参数分别定义了视景体六个面的位置。

可以近似地认为，视景体里的物体平行投影到近平面上，然后近平面上的图像被渲染到屏幕上。
2）透视投影相机

fov对应着图中的视角，是上下两面的夹角。aspect是近平面的宽高比。在加上近平面距离near，远平面距离far，就可以唯一确定这个视景体了。
透视投影相机很符合我们通常的看东西的感觉，因此大多数情况下我们都是用透视投影相机展示3D效果。

有了相机，总要看点什么吧？在场景中添加一些物体吧。
Three中供显示的物体有很多，它们都继承自Object3D类，这里我们主要看一下Mesh和Points两种。
1）Mesh
我们都知道，计算机的世界里，一条弧线是由有限个点构成的有限条线段连接得到的。线段很多时，看起来就是一条平滑的弧线了。
计算机中的三维模型也是类似的，普遍的做法是用三角形组成的网格来描述，我们把这种模型称之为Mesh模型。

geometry是它的形状，material是它的材质。
不止是Mesh，创建很多物体都要用到这两个属性。下面我们来看看这两个重要的属性。
2）Geometry
Geometry，形状，相当直观。Geometry通过存储模型用到的点集和点间关系(哪些点构成一个三角形)来达到描述物体形状的目的。
Three提供了立方体(其实是长方体)、平面(其实是长方形)、球体、圆形、圆柱、圆台等许多基本形状；
你也可以通过自己定义每个点的位置来构造形状；
对于比较复杂的形状，我们还可以通过外部的模型文件导入。
3）Material
Material，材质，这就没有形状那么直观了。
材质其实是物体表面除了形状以为所有可视属性的集合，例如色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度。
这里讲一下材质(Material)、贴图(Map)和纹理(Texture)的关系。
材质上面已经提到了，它包括了贴图以及其它。
贴图其实是‘贴’和‘图’，它包括了图片和图片应当贴到什么位置。
纹理嘛，其实就是‘图’了。
Three提供了多种材质可供选择，能够自由地选择漫反射/镜面反射等材质。
4）Points
讲完了Mesh，我们来看看另一种Object——Points。
Points其实就是一堆点的集合，它在之前很长时间都被称为ParticleSystem(粒子系统)，r68版本时更名为PointCloud,r72版本时才更名为Points。更名主要是因为，Mr.doob认为，粒子系统应当是包括粒子和相关的物理特性的处理的一套完整体系，而Three中的Points简单得多。因此最终这个类被命名为Points。
5）Light
神说：要有光！
光影效果是让画面丰富的重要因素。
Three提供了包括环境光AmbientLight、点光源PointLight、 聚光灯SpotLight、方向光DirectionalLight、半球光HemisphereLight等多种光源。
只要在场景中添加需要的光源就好了。
6）Renderer
在场景中建立了各种物体，也有了光，还有观察物体的相机，是时候把看到的东西渲染到屏幕上了。这就是Render做的事情了。
Renderer绑定一个canvas对象，并可以设置大小，默认背景颜色等属性。
调用Renderer的render函数，传入scene和camera，就可以把图像渲染到canvas中了。

现在，一个静态的画面已经可以得到了，怎么才能让它动起来？
很简单的想法，改变场景中object的位置啊角度啊各种属性，然后重新调用render函数渲染就好了。
那么重新渲染的时机怎么确定？
HTML5为我们提供了requestAnimFrame，它会自动在每次页面重绘前调用传入的函数。
如果我们一开始这样渲染：

只需要改成这样：

object就可以动起来了！

下面我们用一个简单的例子来梳理一下这个过程。
首先写一个有Canvas元素的页面吧。

下面来做Javascript的部分
首先初始化Renderer

初始化场景:

初始化相机：

要唯一确定一个相机的位置与方向，position、up、lookAt三个属性是缺一不可的。
这里我们创建了一个正交投影相机，这里我将视景体大小与屏幕分辨率保持一致只是为了方便，这样坐标系中的一个单位长度就对应屏幕的一个像素了。
我们将相机放在Z轴上，面向坐标原点，相机的上方向为Y轴方向，注意up的方向和lookAt的方向必然是垂直的（类比自己的头就知道了）。
下面添加一个立方体到场景中：

注意我们使用了法向材质 MeshNormalMaterial ，这样立方体每个面的颜色与这个面对着的方向是相关的，更便于观察/调试。
在这个简单的demo里我不打算添加光影效果，而法向材质对光也是没有反应的。 最后来创建一个动画循环吧

每次重绘都让这个立方体转动一点点。 当页面加载好时，调用前面这些函数就好了。

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以上是关于threejs webgl性能优化的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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WebGPU 导入[1]

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Webgl/Threejs 学习及实践总结

WebGL之Threejs概述