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OpenGLとマルチスレッドを組み合わせた際の遅延問題

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HexagramNM

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 発生している問題・エラーメッセージ

以下のコードのように,スレッドを生成する処理をした後に,OpenGLのSwapBufferをした後に,glFinishでopenGLの命令の同期待ちをするとglFinishの部分で1フレームにつき100~200msecの大きな遅延が発生してしまいます(実際の開発しているコードではCUDAとOpenGLを連携させるためのマッピングをしており,その際にOpenGLの同期待ちをしてしまうようなので今回は代わりにglFinishを使用しています).スレッドを生成する処理をコメントアウトすると,そのような遅延がなくなります.マルチスレッドの処理を残しつつ,遅延を抑える方法や,このようなことが起きている原因の手がかりなどご教授いただければと思います..

 該当のソースコード

C++のコードです.

/** VisualStudioの環境でsscanfを使用する際にエラー回避のために必要.*/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <GL/glew.h>
#include <GL/glut.h>

#include <fstream>
#include <iostream>

#include <GL/freeglut_std.h> 
#include <GL/freeglut_ext.h> 
#include <chrono>

#include <process.h>
#include <thread>

using namespace std;

/** 60fps制御を行う. */
void idle()
{
    auto start = std::chrono::system_clock::now();
    glutPostRedisplay();

    auto end = std::chrono::system_clock::now();
    auto msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
    while (msec < 50.0 / 3.0) { 
        end = std::chrono::system_clock::now();
        msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
    }
}

/** std::thread用 */
unsigned int threadTest() {
    cout << "test" << endl;
    return 0;
}

/** process.h用 */
/*unsigned _stdcall threadTest(void *arg) {
    cout << "test" << endl;
    return 0;
}*/

void oneFrameProcessAll() {
    /*HANDLE test;
    test = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, threadTest, NULL, 0, NULL);
    WaitForSingleObject(test, INFINITE);
    CloseHandle(test);*/
    thread test(threadTest);
    test.join();

}

void display(void) {

    oneFrameProcessAll();

    glutSwapBuffers();

    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpStart;
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpEnd;
    long long tmpMsec = 0;
    tmpStart = std::chrono::system_clock::now();

    //ここの同期待ちで遅延が発生
    glFinish();
    GLenum glerr = glGetError();
    if (glerr != GL_NO_ERROR) {
        cout << glerr << endl;
    }

    tmpEnd = std::chrono::system_clock::now();
    tmpMsec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tmpEnd - tmpStart).count();
    cout << "Temp: " << tmpMsec << "msec" << endl;

}

/** 画面のサイズが変更された際の処理. */
void resize(int w, int h) {
    glViewport(0, 0, w, h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(45.0, w/h, 10.0, 1000.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

/** qキーかESCキーが押されると終了処理. */
void hitkey(unsigned char key, int x, int y) {
    switch (key) {
    case 'q':
    case 'Q':
    case 27: // esc
        glutLeaveMainLoop();
        break;
    default:
        break;
    }
}

/** OpenGL描画関係の初期化. */
void dispinit(void)
{
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{    

    glutInit(&argc, argv);
    glutSetOption(GLUT_ACTION_ON_WINDOW_CLOSE, GLUT_ACTION_GLUTMAINLOOP_RETURNS);
    glutInitWindowSize(960, 720);
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
    glutCreateWindow(argv[0]);
    glutDisplayFunc(display);
    glutKeyboardFunc(hitkey);
    glutIdleFunc(idle);
    glutReshapeFunc(resize);;
    dispinit();

    glutMainLoop();

    system("PAUSE");

    return 0;
}

 試したこと

・スレッドの生成についてpthread.hによる方法とstd::threadクラスを用いた方法を試しましたが,同じ現象が発生しました.
・上のコードではfreeglutを用いていますが,glfwで同じようなコードを書いても,同じ現象が発生しました.
・GPUのドライバの更新もしてみましたが,効果がありませんでした.

 補足情報(FW/ツールのバージョンなど)

開発にはVisual Studio 2015を使用しております.
PCのCPUはIntel Core i7-3770を,GPUはNVIDIA GTX 1070Tiを使用しております.RAMは8GBです.OSはWindows 10 Homeです.

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  • yohhoy

    2018/11/03 09:27 編集

    1フレーム毎にスレッドを生成していますか?スレッド生成は非常に"重い"処理です。予め生成しておいたスレッドを使う構造はとれないのでしょうか?他スレッドで何をさせたいのでしょう?

    キャンセル

  • HexagramNM

    2018/11/03 18:54

    ありがとうございます.スレッドを最初に生成する構造はこれから考えてみます.実際の自分の開発では他スレッドでモデルの更新などをさせたいと思っております.

    キャンセル

  • HexagramNM

    2018/11/04 02:19

    昨日別のノートPCでコンパイルして試したところ,このような現象が生じなかったり,知り合いの環境でもこの現象が生じなかったりしたことから,環境によるものなのかと現在推測しています.

    キャンセル

回答 1

check解決した方法

0

スレッド生成の処理が重く,問題になっていた環境だとボトルネックになっていたようです.以下のように最初からスレッドを作っておいて,ロックを用いて同期したところ遅延を回避できるようになりました(下のコードもひょっとすると不完全なところがあるかもしれませんが).yohhoyさん,アイデアをありがとうございました!

/** VisualStudioの環境でsscanfを使用する際にエラー回避のために必要.*/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <GL/glew.h>
#include <GL/glut.h>

#include <fstream>
#include <iostream>

#include <GL/freeglut_std.h> 
#include <GL/freeglut_ext.h> 
#include <chrono>

#include <process.h>
#include <thread>
#include <mutex>

using namespace std;
mutex mtx1;
thread *test = NULL;
int condVar[2] = { 0, 0 };

/** 60fps制御を行う. */
void idle()
{
    auto start = std::chrono::system_clock::now();
    glutPostRedisplay();

    auto end = std::chrono::system_clock::now();
    auto msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
    while (msec < 50.0 / 3.0) { 
        end = std::chrono::system_clock::now();
        msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
    }
}

/** std::thread用 */
unsigned int threadTest() {
    while(true){
        while (true) {
            {
                lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
                if (condVar[0] == condVar[1] + 1 ) {
                    break;
                }
                else if (condVar[0] == -1) {
                    return 0;
                }
            }
        }
        cout << "test" << endl;
        {
            lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
            condVar[1]++;
        }
    }
    return 0;
}

void oneFrameProcessAll() {
    {
        lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
        condVar[0]++;
    }

    cout << "rendering" << endl;

    while (true) {
        {
            lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
            if (condVar[1] == condVar[0]) {
                break;
            }
        }
    }
}

void display(void) {
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

    oneFrameProcessAll();

    glutSwapBuffers();

    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpStart;
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tmpEnd;
    long long tmpMsec = 0;
    tmpStart = std::chrono::system_clock::now();

    //ここの同期待ちで遅延が発生
    glFinish();
    GLenum glerr = glGetError();
    if (glerr != GL_NO_ERROR) {
        cout << glerr << endl;
    }

    tmpEnd = std::chrono::system_clock::now();
    tmpMsec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tmpEnd - tmpStart).count();
    cout << "Temp: " << tmpMsec << "msec" << endl;

}

/** 画面のサイズが変更された際の処理. */
void resize(int w, int h) {
    glViewport(0, 0, w, h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(45.0, w/h, 10.0, 1000.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

/** qキーかESCキーが押されると終了処理. */
void hitkey(unsigned char key, int x, int y) {
    switch (key) {
    case 'q':
    case 'Q':
    case 27: // esc
        {
            lock_guard<mutex> lock1(mtx1);
            condVar[0] = -1;
        }
        glutLeaveMainLoop();
        test->join();
        delete test;
        test = NULL;
        break;
    default:
        break;
    }
}

/** OpenGL描画関係の初期化. */
void dispinit(void)
{
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    test = new thread(threadTest);
}

int main(int argc, char *argv[])
{    

    glutInit(&argc, argv);
    glutSetOption(GLUT_ACTION_ON_WINDOW_CLOSE, GLUT_ACTION_GLUTMAINLOOP_RETURNS);
    glutInitWindowSize(960, 720);
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
    glutCreateWindow(argv[0]);
    glutDisplayFunc(display);
    glutKeyboardFunc(hitkey);
    glutIdleFunc(idle);
    glutReshapeFunc(resize);;
    dispinit();

    glutMainLoop();

    system("PAUSE");

    return 0;
}

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