Последовательность выполнения

This article focuses on details of the UNIGINE execution sequence. Here you will find what is happening under the hood of the UNIGINE Engine. For a high-level overview of UNIGINE workflow, see the Engine Architecture article.Эта статья посвящена детальному рассмотрению последовательности выполнения UNIGINE. Здесь вы узнаете, что происходит под капотом UNIGINE Engine. Для общего обзора рабочего процесса UNIGINE см. статью Архитектура двигателя.

The internal code of the UNIGINE engine and the logic of your application that can be extended using plugins written in C++ or C#, are executed in the pre-defined order:Внутренний код движка UNIGINE и логика вашего приложения, которые могут быть расширены с помощью плагинов, написанных в C++ или C#, выполняются в заранее определенном порядке:

1. Initialization. During this stage, the required resources are prepared and initialized. As soon as these resources are ready for use, the Engine enters the main loop. Инициализация . На этом этапе подготавливаются и инициализируются необходимые ресурсы. Как только эти ресурсы готовы к использованию, Engine переходит в основной цикл.

2. Main loop. When UNIGINE enters the main loop, all its actions can be divided into three stages, which are performed one by one in a cycle:Основной цикл . Когда UNIGINE входит в основной цикл, все его действия можно разделить на три этапа, которые выполняются один за другим в цикле:

   1. Update stage containing all logic of your application that is performed every frameUpdate этап, содержащий всю логику вашего приложения, которая выполняется каждый кадр
   2. Rendering stage containing all rendering-related operations, physics simulation calculations, and pathfindingRendering этап, содержащий все операции, связанные с рендерингом, вычисления моделирования физики и поиск пути
   3. Swap stage containing all synchronization operations performed in order to switch between the buffersSwap этап, содержащий все операции синхронизации, выполняемые для переключения между буферами

   This cycle is repeated every frame while the application is running.Этот цикл повторяется каждый кадр во время работы приложения.

3. Shutdown. When UNIGINE stops execution of the application, it performs operations related to the application shutdown and resource cleanup.Shutdown. Когда UNIGINE останавливает выполнение приложения, он выполняет операции, связанные с завершением работы приложения и очисткой ресурсов.

The following diagram (clickable) represents the main stages of the UNIGINE execution sequence in default Async Rendering physics mode.
Следующая диаграмма (кликните, чтобы увеличить) представляет основные этапы последовательности выполнения UNIGINE в режиме физики Async Rendering, используемом по умолчанию.

At most times, UNIGINE finishes all its stages in the main loop faster then the GPU can actually render the frame. That is why double buffering is used: it enables to render frames faster by swapping GPU buffers (the back and front ones) into which rendering is performed.В большинстве случаев UNIGINE завершает все этапы основного цикла быстрее, чем графический процессор может фактически отрендерить кадр. Поэтому используется двойная буферизация : она позволяет быстрее рендерить кадры, меняя местами буферы графического процессора (задний и передний), в которые выполняется рендеринг.

When all scripts have been updated and all calculations on the CPU have been completed, the GPU is still rendering the frame calculated on the CPU. So, the CPU has to wait until the GPU finishes rendering the frame and the rendering buffers are swapped. The period of such waiting time is represented by the Waiting GPU counter in the performance profiler.Когда все сценарии обновлены и все вычисления на ЦП завершены, графический процессор все еще отображает кадр, рассчитанный на ЦП. Таким образом, ЦП должен ждать, пока графический процессор не закончит рендеринг кадра и буферы рендеринга не поменяются местами. Период такого времени ожидания представлен счетчиком Waiting GPU в Профилировщике производительности .

If the Waiting GPU time is too high, it may signal that a GPU bottleneck exists, and art content needs to be optimized. But if by that the frame rate is consistently high, it means you still have the CPU resources available to crunch more numbers.Если время Waiting GPU слишком велико, это может сигнализировать о существовании узкого места графического процессора и необходимости оптимизации художественного контента. Но если при этом частота кадров остается стабильно высокой, это означает, что у вас все еще есть ресурсы процессора, доступные для обработки большего количества данных.

How much time has passed from the moment when all scripts have been updated and all calculations on the CPU have been completed, to the moment when the GPU has finished rendering the frame, also depends on whether the vertical synchronization (VSync) is enabled. If VSync is enabled, the CPU waits until the GPU finishes rendering and the vertical synchronization is performed. In this case, the Waiting GPU counter value will be higher.Сколько времени прошло с момента, когда все скрипты были обновлены и все вычисления на CPU были завершены, до момента, когда GPU завершил рендеринг кадра, также зависит от того, включена ли вертикальная синхронизация (VSync). Если VSync включен , ЦП ожидает, пока графический процессор не закончит рендеринг, и будет выполнена вертикальная синхронизация. В этом случае значение счетчика Waiting GPU будет больше.

The four schemes below show different scenarios of CPU and GPU performance with VSync disabled and enabled.На четырех схемах ниже показаны различные сценарии производительности ЦП и ГП с отключенным и включенным VSync.

The first two schemes show calculation and rendering of the frame when VSync is disabled (in both cases the monitor vertical retrace is ignored):Первые две схемы показывают расчет и рендеринг кадра при отключенном VSync (в обоих случаях вертикальный обратный ход луча монитора игнорируется):

• Scheme 1. The CPU calculates the frame faster than the GPU can render it. So, the CPU waits for the GPU (the Waiting GPU time is high).Схема 1. ЦП вычисляет кадр быстрее, чем графический процессор. Итак, CPU ожидает GPU (время Waiting GPU высокое).
• Scheme 2. The CPU calculations are performed slower than the GPU renders the frame. So, the GPU has to wait while the CPU finishes its calculations. In this case, the Waiting GPU time is small.Схема 2. Вычисления CPU выполняются медленнее, чем GPU отрисовывает кадр. Таким образом, графическому процессору приходится ждать, пока процессор завершит свои вычисления. В этом случае время Waiting GPU мало.

Schemes 3 and 4 show calculation and rendering of the frame when VSync is enabled (the monitor vertical retrace is taken into account):Схемы 3 и 4 показывают расчеты и рендеринга кадра , когда VSync включен (вертикальный обратный ход луча монитора учитывается):

• Scheme 3. The CPU calculates the frame faster than the GPU can render it, and the CPU waits for the GPU. However, in this case, both the CPU and the GPU also wait for VSync.Схема 3. ЦП вычисляет кадр быстрее, чем может его обработать графический процессор, и процессор ожидает появления графического процессора. Однако в этом случае и CPU, и GPU также ждут VSync.
• Scheme 4. The CPU calculates the frame slower than the GPU renders it. In this case, the GPU waits not only the CPU finishes its calculations, but also VSync.Схема 4. ЦП вычисляет кадр медленнее, чем его отображает графический процессор. В этом случае GPU ожидает не только завершения вычислений CPU, но и VSync.

The engine uses all available threads to update visible nodes simultaneously, and multi-threaded physics (in the asynchronous physics update mode) and pathfinding which is updated in parallel with the rendering stage.Движок использует все доступные потоки для одновременного обновления видимых нод и многопоточной физики (в асинхронном режиме обновления физики) и поиск пути, который обновляется параллельно с этапом рендеринга.

The following scheme illustrates threads in the process of calculation and rendering of a frame with Async Rendering physics mode enabled:На следующей схеме показаны потоки в процессе расчета и рендеринга кадра с включенным режимом физики Async Rendering:

CPU and GPU threads in Async Rendering physics modeПотоки CPU и GPU в физическом режиме Async Rendering

The first physics frame is calculated in parallel with the rendering in the main thread. Then all the rest of the physics frames are updated in the main thread. All the client's code, for example, updatePhysics(), is called in the main thread as well.Первый физический фрейм вычисляется параллельно с рендерингом в основном потоке. Затем все остальные фреймы физики обновляются в основном потоке. Весь клиентский код, например updatePhysics(), также вызывается в основном потоке.

The last two schemes illustrate how physics gets updated in the Before Rendering mode:Последние две схемы иллюстрируют, как обновляется физика в режиме Before Rendering:

CPU and GPU threads in Before Rendering physics modeПотоки ЦП и ГП в физическом режиме перед рендерингом

In both cases either a CPU or a GPU has to wait for one another to finish its rendering and swap to synchronize. В обоих случаях CPU или GPU должны ждать друг друга, чтобы завершить рендеринг и поменяться местами для синхронизации.

The rendering framerate usually varies, while, as we have already mentioned before, physics simulation framerate is fixed. This means that your update() and updatePhysics() functions from the world logic are called with different frequency.Частота кадров рендеринга обычно варьируется, в то время как, как мы уже упоминали ранее, частота кадров моделирования физики остается фиксированной . Это означает, что ваши функции update() и updatePhysics() из мировой логики вызываются с разной частотой.

The number of times physical calculations are performed given the rendering framerate and the physics framerateКоличество выполненных физических вычислений с учетом частоты кадров рендеринга и частоты кадров физики

The picture above describes what happens, when the physics framerate is fixed to 60 FPS, and the rendering framerate varies. In general, there are three possible cases:На рисунке выше показано, что происходит, когда частота кадров физики фиксируется на уровне 60 кадров в секунду, а частота кадров рендеринга меняется. В общем, есть три возможных случая:

• The rendering framerate is much higher. In this case, physical calculations are done once for two or more frames. This does not raise any problems, as positions of moving objects are interpolated between the calculations. The Stable FPS mode is enabled by default to avoid framerate jumping and dropping (see the detailed explanation in the following section).Частота кадров рендеринга намного выше . В этом случае физические расчеты выполняются один раз для двух или более кадров. Это не вызывает никаких проблем, поскольку положения движущихся объектов интерполируются между расчетами. Режим Stable FPS включен по умолчанию, чтобы избежать скачков и падений частоты кадров (см. подробное объяснение в следующем разделе).
• The rendering framerate is the same or almost the same. This situation is also ok, the calculations are performed once per frame; the physics keeps pace with the graphics and vice versa.Частота кадров при рендеринге такая же или почти такая же. Это тоже нормально, расчеты производятся один раз за кадр; физика идет в ногу с графикой и наоборот.

• The rendering framerate is much lower. This is where problems begin. First, as you see from the picture, the physics should be calculated twice or even more times per frame, and that does not speed up the overall rendering process. Second, you cannot set the physics framerate too low, as in this case the calculations will lose too much precision.Частота кадров рендеринга намного ниже. Здесь начинаются проблемы. Во-первых, как видно из рисунка, физика должна вычисляться дважды или даже больше за кадр, и это не ускоряет общий процесс рендеринга. Во-вторых, вы не можете установить слишком низкую частоту кадров физики, так как в этом случае потеря точности расчетов будет слишком велика.

  Примечание

  There is no point in setting the number of iterations too high. UNIGINE checks whether the next iteration can be performed within physics budget limit, and if not, it is delayed and moved to the next rendering frame.Нет смысла устанавливать слишком большое количество итераций. UNIGINE проверяет, можно ли выполнить следующую итерацию в рамках бюджета физики, а если нет, он задерживается и переходит к следующему кадру рендеринга.

Stable FPS

Стабильный FPS#

Synchronizing Engine FPS with Physics One

Синхронизация частоты кадров движка с обновлением физики#