Найшвидший спосіб візуалізації ліній з AA, різної товщини в DirectX

Тому я займаюся розробкою DirectX, використовуючи SharpDX під .NET для точності (але рішення API API DirectX / C ++ застосовні). Я шукаю найшвидший спосіб візуалізації ліній в ортогональній проекції (наприклад, моделювання двовимірного малювання рядків для наукових програм) за допомогою DirectX.

Скріншот видів сюжетів, які я намагаюся зробити:

Не рідкість у таких різновидів сюжетів є лінії з мільйонами сегментів, різної товщини, з антиліазінговою лінією або без неї (або ввімкнення / вимкнення повного екрану AA). Мені потрібно дуже часто оновлювати вершини для рядків (наприклад, 20 разів на секунду) і максимально завантажувати GPU.

Поки я намагався:

1. Візуалізація програмного забезпечення, наприклад, GDI + насправді не є поганою продуктивністю, але, очевидно, є важкою для процесора
2. Direct2D API - повільніше, ніж GDI, особливо з включеним Antialiasing
3. Direct3D10 використовує цей метод для емуляції AA за допомогою вершинних кольорів та тесселяції на стороні процесора. Також повільно (я профілював це і 80% часу витрачається на обчислення вершинних позицій)

Для третього методу я використовую Vertex Buffers для надсилання трикутної смужки до GPU та оновлення кожні 200 м новими вершинами. Я отримую частоту оновлення в межах 5 FPS на 100 000 лінійних сегментів. Мені потрібні мільйони в ідеалі!

Зараз я думаю, що найшвидшим способом було б зробити tessellation на GPU, наприклад, у Geometry Shader. Я міг би надіслати вершини у вигляді списку рядків або упакувати з текстурою і розпакувати в Geometry Shader для створення квадратиків. Або просто надішліть необроблені точки на піксельний шейдер і реалізуйте малюнок Bresenham Line повністю у піксельному шейдері. Моя HLSL - іржава, шейдерна модель 2 з 2006 року, тому я не знаю про шалені речі сучасних графічних процесорів.

Отже, питання: - хтось робив це раніше, і чи є у вас якісь пропозиції спробувати? - Чи є якісь пропозиції щодо підвищення продуктивності за допомогою швидкого оновлення геометрії (наприклад, новий список вершин кожні 20 мс)?

ОНОВЛЕННЯ 21 січня

З тих пір я реалізував метод (3) вище, використовуючи шейдери геометрії, використовуючи буфери LineStrip та Dynamic Vertex. Тепер я отримую 100 FPS у 100k балів та 10FPS у 1000000 балів. Це величезне вдосконалення, але тепер я заповнена та обчислена обмежена, тому я задумалась про інші методи / ідеї.

• А як щодо апаратного монтажу геометрії лінійного сегмента?
• Що з Sprite Batch?
• Що щодо інших (Pixel shader) орієнтованих методів?
• Чи можу я ефективно працювати з графічним процесором чи процесором?

Ваші коментарі та пропозиції дуже оцінені!

Якщо ви збираєтеся візуалізувати Y = f(X)лише графіки, то пропоную спробувати наступний метод.

Дані кривої передаються як текстурні дані , роблячи їх стійкими та, наприклад, частковими оновленнями glTexSubImage2D. Якщо вам потрібна прокрутка, ви можете навіть застосувати круговий буфер і оновити лише кілька значень на кадр. Кожна крива відображається як повноекранний квадроцикл, а всю роботу виконує піксельний шейдер.

Вміст однокомпонентної текстури може виглядати так:

+----+----+----+----+
| 12 | 10 |  5 | .. | values for curve #1
+----+----+----+----+
| 55 | 83 | 87 | .. | values for curve #2
+----+----+----+----+

Робота піксельного шейдера така:

• знайти координату X поточного фрагмента в просторі набору даних
• взяти напр. 4 найближчих точки даних, які мають дані; Наприклад , якщо значення Х 41.3було б вибрати 40, 41, 42і 43.
• запитайте текстуру для значень 4 Y (переконайтеся, що пробовідбірник не проводить ніякої інтерполяції)
• перетворити X,Yпари на екранний простір
• обчислити відстань від поточного фрагмента до кожного з трьох сегментів і чотирьох точок
• використовувати відстань як значення альфа для поточного фрагмента

Ви можете замінити 4 більшими значеннями залежно від потенційного рівня збільшення.

Я написав дуже швидкий і брудний шейдер GLSL, реалізуючи цю функцію . Я можу додати версію HLSL пізніше, але ви повинні мати можливість її перетворити без особливих зусиль. Результат видно нижче, з різними розмірами рядків та щільністю даних:

Однією явною перевагою є те, що обсяг переданих даних дуже низький, а кількість зворотних викликів - лише одна.

Був розділ GPU Gems про рендеринг антиалізірованних ліній: Швидкі попередньо фільтрувані лінії . Основна ідея полягає в тому, щоб передати кожен відрізок рядка як квадроцикл і обчислити в кожному пікселі функцію Гаусса відстані піксельного центру від лінійного відрізка.

Це означає, що малювати кожен сегмент рядка в графі як окремий квадратик, але в D3D11 ви, звичайно, можете використовувати шейдер для геометрії та / або інстанцію для генерування квадратиків, зменшуючи кількість даних, що передаються в GPU, лише до точок даних себе. Я, мабуть, встановив точки даних як StructuredBuffer, який повинен читатися шейдером вершини / геометрії, а потім зробив виклик малювання із зазначенням кількості сегментів, які потрібно намалювати. Фактичних вершинних буферів не буде; вершинний шейдер просто використовує SV_VertexID або SV_InstanceID, щоб визначити, які точки даних слід подивитися.

@ Dr.ABT - Вибачення за це питання, а не відповідь. Я не знайшов способу задати це питання у відповіді Сем Хочевар вище.

Чи можете ви поділитися детальнішою інформацією про те, як ви нарешті реалізували лінії для своєї діаграми? У мене така ж потреба в додатку WPF. Заздалегідь дякую за будь-які деталі чи код, якими ви можете поділитися цим.