Know Your Li­mit – Frame Time Es­ti­ma­ti­on for 3D Re­al­ti­me Ap­p­li­ca­ti­ons

3D-Realtime-Rendering-Anwendungen wie Spiele erfordern eine stabile und vorhersehbare Framezeit, um eine flüssige Darstellung zu gewährleisten. Besonders die GPU-Framezeit stellt dabei einen zentralen Einflussfaktor dar, da sie maßgeblich von der Komplexität der verwendeten Szene abhängt.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines GPU-Framezeit-Schätzers zur Abschätzung der GPU-Framezeit auf Basis ausgewählter Renderingparameter für beliebige 3D-Realtime-Anwendungen. Hierzu werden die Konzepte des 3D-Renderings sowie relevante Einflussfaktoren wie Geometriekomplexität, gerenderte Pixel, Texturen, Beleuchtung und Schatten analysiert.
Die Leistung die der Schätzer erzielt hängt stark von der Komplexität der betrachteten Szene ab. Werden dynamische Schatten eingesetzt, weist der Schätzer starke Abweichungen zu der tatsächlichen GPU-Framezeit auf. Sind jedoch keine dynamischen Schatten aktiv, kann in einfachen Szenen mit hinreichender Genauigkeit von bis zu einer Abweichung von 1.85ms, die GPU-Framezeit abgeschätzt werden.
Die Umsetzung erfolgt innerhalb der Godot Engine mit dem Forward+ Renderer unter Verwendung der Vulkan-Grafik-API. Auf Grundlage experimenteller Messungen werden Zusammenhänge zwischen Renderingparametern und der GPU-Framezeit untersucht und in ein Schätzmodell überführt.