Exploring mesh shaders

Abstract

Every artist is somewhat limited by the mean by which they expose their art. This is also true for the field of Computer Graphics, where there are many limiting factors that developers must go out of their way to avoid. The most limiting of these factors is the computing performance, which directly limits the complexity of what an artist can fabricate in a piece of hardware. As such, Computer Graphics’ investigators keep an eye out for the improvements made in the hardware department that enables them to introduce more complexity to the scenes they create on their computers. Three years ago, a novel approach to compute the geometric complexity of three-dimensional (3D) scenes was introduced: Mesh shaders. Mesh shaders pose as an alternative to the traditional geometric processing method and can be a more performant approach to handle specific geometric workloads. Notwithstanding, little attention has been given to these shaders. Thus, this thesis presents an investigative effort to evaluate the value proposition of these shaders across different scenarios. To do so, this thesis puts Mesh shaders against traditional implementations and measures their differences both in method and performance. By the end of this thesis, the reader should have a concise understanding of Mesh shaders, but not a clear cut answer regarding their use. These shaders can provide performance benefits in specific scenarios over the traditional approach, but not without considerable care by the developer. In fact, the flexibility provided by the Mesh shaders’ approach gives the developer a significant responsibility regarding their final performance. When incorrectly set up, these shaders can result in mediocre performances compared to those of the traditional pipeline. Ultimately, these shaders should be used by experienced users intending to avoid specific bottlenecks of the traditional approach. For others, the traditional pipeline offers a more streamlined approach, thoroughly optimised by default.

Todos os artistas são de alguma forma limitados pelo meio de exposição da sua arte. Isto não deixa de ser verdade com Computação Gráfica, onde existem vários fatores limitadores que os programadores têm de con tornar. Entre estes, o mais impeditivo é a velocidade de computação, que limita diretamente a complexidade da arte que pode ser produzida por uma peça de hardware. Deste modo, os investigadores da área de Computação Gráfica mantêm-se atentos às inovações que ocorrem no campo do hardware e lhes permitem introduzir mais complexidade nos cenários que criam. Há três anos, um método inédito para tratar a complexidade geométrica de cenas tridimensionais foi intro duzido: Mesh shaders. Os Mesh shaders apresentam-se como uma alternativa ao método tradicional de pro cessamento de geometria, que pode obter melhor desempenho em certos cenários geométricos. No entanto, não tem sido dada muita atenção a esta alternativa. Assim, esta tese apresenta uma investigação destes shaders com o intuito de avaliar a sua proposta de valor em diferentes situações. Para o fazer, esta tese irá colocar estes shaders frente a frente com os shaders tradicionais e medirá as diferenças entre ambos, tanto em desempenho como em método. No final, o leitor deverá possuir uma ideia coesa sobre os Mesh shaders, mas não terá uma perceção binária quanto ao uso dos mesmos. Isto porque estes shaders podem oferecer um benefício em termos de desempenho em certas situações, mas requerem cuidados adicionais por parte do programador. Da flexibilidade oferecida pelos Mesh shaders advém uma responsabilidade significativa para o programador no que toca ao desempenho final dos mesmos. Quando programados incorretamente, estes shaders resultarão num desempenho medíocre comparado ao desempenho oferecido pelo método tradicional. Fundamentalmente, estes shaders deverão ser utilizados por utilizadores mais experientes que pretendem evitar bottlenecks específicos do método tradicional. Para todos os outros, o pipeline tradicional oferece um método mais simples que possui por predefinição otimizações acentuadas.