小談CAD制圖和游戲3D的區(qū)別

并不是所有人學(xué)3D都是為了做游戲，但如今3D學(xué)習(xí)資料大多是游戲背景的情況下，會(huì)讓不少走CAD路線的人走錯(cuò)路。

游戲領(lǐng)域，3D向著實(shí)時(shí)電影級(jí)效果發(fā)展，強(qiáng)調(diào)視覺(jué)效果，為了獲得足夠的運(yùn)行時(shí)性能，要把盡可能多的計(jì)算放到制作階段預(yù)處理。而CAD領(lǐng)域，畫(huà)線能力遠(yuǎn)比視覺(jué)效果重要，模型往往需要實(shí)時(shí)編輯，對(duì)單純的三角面的吞吐量需求很高，需要在大量的線和面中作精準(zhǔn)的選取操作，而對(duì)硬件加速需求上，OpenGL 1.2的功能基本就夠了。

這些年GPU技術(shù)的飛速發(fā)展，主要是為了游戲。但這些改進(jìn)，大多對(duì)CAD影響很小。這也是OpenGL ARB委員會(huì)的傳統(tǒng)CAD廠商對(duì)改進(jìn)OpenGL并不熱衷的原因。與游戲代碼若干年就重寫(xiě)一次不同，CAD的程序可不希望經(jīng)常重寫(xiě)，他們需要一個(gè)穩(wěn)定的API，最好50年都不變，但是新的硬件需要提供更好的性能。這些軟件大多推薦用戶使用專業(yè)級(jí)顯卡，而專業(yè)級(jí)顯卡的一個(gè)特點(diǎn)就是圖元吞吐量都非常大。

當(dāng)然，CAD有時(shí)也需要效果迷人的成品圖，但這一般都是使用高級(jí)離線渲染，多花點(diǎn)時(shí)間，做成遠(yuǎn)勝實(shí)時(shí)渲染的效果。軟件離線渲染器似乎可以算是另一個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于工業(yè)3D而言，一般會(huì)選用一個(gè)現(xiàn)成的離線渲染器，而不是自己花時(shí)間寫(xiě)一個(gè)。

不過(guò)，隨著GPU通用計(jì)算的興起，也為CAD領(lǐng)域帶來(lái)了一些新的可能性。大量的計(jì)算，尤其是曲面三角化等，有可能交由GPU來(lái)處理。不過(guò)，這應(yīng)該不會(huì)導(dǎo)致架構(gòu)上的變化，而只是一些底層API實(shí)現(xiàn)上的優(yōu)化，因?yàn)镺penGL本來(lái)就是一個(gè)良好的工業(yè)3D的繪圖抽象層。

但這和游戲領(lǐng)域的需求是矛盾的。OpenGL ARB在爭(zhēng)論中曾經(jīng)提出分成兩個(gè)profile，一個(gè)CAD profile，一個(gè)game profile。但這個(gè)提議被否決了，因?yàn)槿藗儾幌Ｍ霈F(xiàn)兩個(gè)OpenGL。爭(zhēng)論在持續(xù)了若干年后終于有了進(jìn)展，新的方案是一個(gè)面向新硬件加速架構(gòu)的core profile和兼容舊程序的compatibility profile。但這對(duì)CAD領(lǐng)域來(lái)說(shuō)仍然是很不理想的，因?yàn)檫@意味著compatibility profile的支持會(huì)越來(lái)越少，他們?cè)缤淼弥貙?xiě)渲染代碼。至于CAD廠商為什么會(huì)接受這個(gè)提案，從Autodesk公開(kāi)的的一篇report里能看出一點(diǎn)，他們頗受參差不齊的OpenGL驅(qū)動(dòng)質(zhì)量之苦。OpenGL是在硬件加速時(shí)代之前的產(chǎn)物，功能繁雜，并不是所有功能組合都可以加速，以致很多驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不但bug多多，而且行為不一。這導(dǎo)致測(cè)試、補(bǔ)救的代價(jià)非常之高，以致3DSMAX 7之后缺省使用D3D做加速后端。如此，則一個(gè)新的精簡(jiǎn)的OpenGL core profile是一個(gè)合理的選擇。

但是，并不是所有的CAD軟件都像3DSMAX這樣可以切換渲染后端，有一個(gè)渲染抽象層。而且，core profile的API非常的貼近硬件，并不適合直接用來(lái)做高層渲染邏輯。總體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的OpenGL API本身就是一個(gè)面向CAD的良好的抽象層，很多年內(nèi)它仍然會(huì)是，構(gòu)架在OpenGL之上的CAD程序并不十分需要一個(gè)新的抽象層。所以O(shè)penGL compatibility profile其實(shí)就是用core profile API實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)OpenGL API，就是這個(gè)抽象層的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。如果顯卡不提供compatibility profile了，CAD廠商仍然可以自己提供這個(gè)實(shí)現(xiàn)，又不用重寫(xiě)以前的代碼，又可以利用未來(lái)新硬件的加速功能。而且，鑒于3D硬件的發(fā)展速度，D3D沒(méi)幾年就更新一代，每代之間完全不兼容，貼近硬件的OpenGL core profile也有這種風(fēng)險(xiǎn)。compatibility profile則為CAD軟件提供了一層安全墊，只要更換不同的實(shí)現(xiàn)就可以了。