一定のCPU性能でのシーン上のポリゴン数上限の求め方

Question

Unityで3Dゲームを開発しています。

とあるCPUの性能(Core i7-9750H)において、30fpsでの描出を可能とするシーンのポリゴン数の上限を知りたいです。

なかなかグーグルを調べても出てこないので困っています。

Cinebench R15スコアはあるので、この30万ポリゴンのシーン描出にかかった時間の生データを知れたら十分かと思ったのですが、スコア表示のみの結果で何秒かかったのかはわかりません。

10/2追記

実際にゲームは完成済みで、シーン上のポリゴン数も20万とかなり多いのですが、FPSも50は出せています。
ただ、このことに理論的な裏付けが欲しいのです。もちろんCPU、GPU単独で決まるものではなく、マテリアルの数にも依存することは理解しております。

このCPU性能でGPUは内蔵GPUを使用している状況で、すなわちCINEBENCH R15 スコアいくつの性能で、シーン内に何万ポリゴン以下だと30-60FPSは出せる、という根拠が欲しいと思っております。

Comments

[bboydaisuke]

そんなことを知ってどうするの、なんでそんなことを知りたいの、GPU の事は考えないの、FPS を維持したいならポリゴン数だけじゃなくテクスチャとかマテリアルの方も大事じゃないの、とか思いました。

Answer 1

実際にやってみよう。

まあ、それはCPU性能だけで決まるもんじゃないので、一口にこんだけ、ってのは無理じゃないかと思いますが。

Comments

[911RSR]

ご回答ありがとうございます。
実際にゲームは作成して、「やってみた、できた」の状態ではあり、FPSも50は出せています。
ただ、このことに理論的な裏付けが欲しいのです。もちろんCPU、GPU単独で決まるものではないのは理解しております（なにがCPU担当で、何がGPU担当か、を即答するのは難しいですが。。）
このCPU性能でGPUは内蔵GPUを使用している状況で、理論的にシーン内に何万ポリゴン以下だと30-60FPSは出せる性能であり（←ここの裏付けが欲しいです）、実際シーン内のポリゴン数はいくつなので50FPS出せています、という根拠が欲しいのです。

わかりにくくて申し訳ありません。

[y_waiwai]

ならそれを質問に追記してはどうでしょう。
いまの丸投げの質問よりは理解は得られるんではないかと。

[911RSR]

丸投げと捉えられ得る聞き方をして申し訳ありませんでした。ご助言の通り追記させて頂きました。

Answer 2

昔は描画速度をポリゴン数で測っていました。今は、違いますね。
その原因の１つは、測定条件の記述が現実の問題を離れたからでしょう。論理的な裏付けが必要なら測定条件にも限定が必要です。例えばこんな感じ。

1. 単位時間以内に、描かれる重ならない３角形の数を数える。
2. ポリゴンの形状は、頂点の2次元座標で与えらる。座標は、16bitの整数とする。(ポリゴン毎に96bitになる)
3. 描画するときに、3x3のアフェイン変換する。行列式の係数は、16bit 固定小数点とする。
4. 描画の際に画面サイズを考慮しない。
5. ポリゴンの内側の色塗りは考えない。

これだとほぼ純粋に乗算器の個数に比例する。NVIDIAのデバイスの場合、たぶんFP32で50Tflops くらいでていそうで、FP32乗算一回で、int16乗算3回くらいできそう。すると、150T 乗算/sec.
上の条件で1つのポリゴンの頂点位置を計算する計算量を考えると、結局行列の大きさになって、9乗算/ポリゴン。現在のハードウエアのトレンドからすると、加算は考慮する必要はない。
すると、

150T / 9 = 16.6T polygon / sec.

個数が莫大だと、メモリ、PCIeバスの速度のために頭打ちになる。
ポリゴンが完全にパックされてバスを転送されるとすると、ポリゴン当たりのデータ量は、

3 x 2 x 16bit = 12 B/polygon

PCIeバスの速度が、32レーン、PCIe 3.0 だと、PCIeバスを通過できるポリゴンの数は、

32 x 16Gbit = 64GB/sec => 64GB/sec / 12B/polygon = 5Gpolygon / sec 

残念。PCIeバスが遅いので、こんな単純な描画じゃデバイスの性能を生かしきれない。
しかも、この描画プロセスがバスを専有できることもないから、実際の描画量はもっと減る。

現実のゲームの描画では、始めの過程は大きく違う。たぶんこんな感じ?

1. ポリゴンは３次元で座標は、FP32 or FP64.
2. ポリゴンには、表面があって、表面に、入射光の周波数に合わせた透明度、反射係数のような属性がある。
3. ポリゴンはお互いに重なるので、陰面処理が必要。
4. 描画時には、グラデーション効果がある色塗りが必要で、アンチエイリアス処理も行う。

各ポリゴンの全部のデータがPCIeバスの流れるのではなく、キャッシュされたり、複数のポリゴンが、同じ表面の属性をもっていたり、複数ポリゴンの頂点が共有される。

しかも、全部のポリゴンが正確に再計算されるのではなく、少しくらいの計算ミスは許され、後方にあるポリゴンは始めから計算対象ではなかったりする。cudaなり、stream なり描画ライブラリの性能にも依存する。

という今のゲームの要求を考えると何がなんだかさっぱりわからないからでは？

Comments

[911RSR]

知識が乏しいものに対しても大変ご親切で明晰なご回答誠にありがとうございます！