最优化WPF 3D性能（基于“Tier-2”硬件）

开发人员在应用程序中使用Windows Presentation Foundation来构建大量的3D控件、包含3D场景时，常常会遇到如何优化其性能的问题。WPF 3D组的几个成员提供了一个影响应用程序性能的3D类和属性的列表。当我们使用她们来优化应用程序性能时应该遵从这些建议。

本随笔假定你深刻的理解了WPF 3D API。不熟悉这些API的用户在使用这些建议之前应该首先阅读WPF SDK文档。本随笔中提出的建议只适用于“Tier-2”的视频硬件（通常是指支持象素Shader 2.0和顶点Shader 2.0的硬件）。为了简洁，本随笔进行适当的总结，因此真正理解掌握她们并不简单。

性能影响级：高

属性	建议
Brush	Brush速度（从快到慢）： SolidColorBrush LinearGradientBrush ImageBrush DrawingBrush(缓存的) VisualBrush(缓存的) RadialGradientBrush DrawingBrush(未缓存的) VisualBrush(未缓存的)
Viewport3D.ClipToBounds	在明确不需要把Viewport3D的内容剪切到Viewport3D的矩形范围内时，应该把Viewport3D.ClipToBounds设置为false。WPF的反走样剪切非常慢，而且ClipToBounds默认是为true的。
Viewport3D.IsHitTestVisible	如果鼠标点击时不需要考虑Viewport3D的内容，Viewport3D.IsHitTestVisible应该设置为false。3D内容的点击测试是由软件实现的，在大的网格中非常慢。Viewport3D的IsHitTestVisible默认是为true的。
GeometryModel3D	只有在需要不同的Materials或者Transforms时，才建立不同的模型。否则应该把多个GeometryModel3D实例用相同的Materials和Transforms组合到一个更大的GeometryModel3D和MeshGeometry3D实例之中。
MeshGeometry3D	基于每帧来改变网格的不同顶点形成的网格动画在WPF不是很高效。在修改顶点时，为了减少对性能的影响，在执行每个顶点的修改之前应该从Visual树中Detach网格。在修改完成后，重新Attach到Visual树。同样，构建这样的动画时应该减小网格的大小。
3D反走样	为了尽可能增加提交速度，可通过设置Attached属性RenderOptions.EdgeMode为Aliased来禁用Multisampling。默认时，3D反走样在Windows XP被禁用，而在Windows Vista被启用，每个象素4个Samples。
Text	3D场景中的实时文本（比较在DrawingBrush或者VisualBrush中的文本就是实时的）通常非常缓慢。尝试使用文本的图像（通过RenderTargetBitmap）来代替她，除非你需要修改文本。
TileBrush	如果你必须要在3D场景中使用VisualBrush或者DrawingBrush（因为这种Brush的内容不是静态的），应该尝试缓存Brush（通过设置Attached属性RenderOptions.CachingHint为Cache实现）。 用CacheInvalidationThresholdMinimum、CacheInvalidationThresholdMaximum设置无效放缩的最大、最小阀值。她能在场景中减小Brush重新生成的次数（甚至是避免），同时保持我们需要的质量。默认时，DrawingBrush和VisualBrush都没有缓存，表示每次重画都必须重新生成画刷，而且整个内容是被画到一个临时的Surface，最后再复制到目标Surface。
BitmapEffect	BitmapEffect强制其影响的所有内容都不能使用硬件加速来提交。如果需要最好的性能，请不要使用BitmapEffect。

 

性能影响级别：中

属性	建议
MeshGeometry3D	如果网格是通过共享顶点（而且这些顶点的位置、向量和纹理映射都相同），以邻接三角形的形式定义网格的，共享的顶点应该只定义一次，然后用索引MeshGeometry3D.TriangleIndices来定义三角形。
ImageBrush	当我们需要直接控制纹理大小时（比如在使用RenderTargetBitmap和/或者ImageBrush时），应该尽可能减小WPF纹理大小。注意低分辨率的纹理会降低显示质量。因此在质量和性能之间应该进行合理的选择。
Opacity	提交半透明的3D内容时（比如反射），应该在Brush或者Materials上使用Opacity属性（通过Brush.Opacity或者Materials.Opacity）而不是另外建立一个半透明的Viewport3D（使Viewport3D.Opacity < 1）。
Viewport3D	减少在场景中使用的Viewport3D的数量。把多个3D模型放在同一个Viewport3D之中，而不是为每个模型建立不同的Viewport3D。
Freezable	通常，重用MeshGeometry3D、GeometryModel3D、Brush和Materials很有好处。由于她们都从Freezable继承，都可以拥有多个父元素。
Brush	当Brush内容不改变时，用ImageBrush来代替VisualBrush和DrawingBrush。2D内容可以通过RenderTargetBitmap转换为Image，然后在ImageBursh中使用。
Light	光源速度（从快到慢）： Ambient Directional Point Spot
MeshGeometry3D	尽量让网格大小满足这些条件： MeshGeometry3D.Positions: 20,001个Point3D实例 MeshGeometry3D.TriangleIndices: 60,003个Int32实例
Materials	Materials速度（从快到慢）： EmissiveMaterials DiffuseMaterials SpecularMaterials
Brush	WPF 3D没有以相同的方式来选择忽略不可见的画刷（黑色的环境Brush、光亮画刷等等）。不要在我们的场景中使用她们。
MaterialsGroup	在MaterialsGroup中的每个Materials都引起另一个提交通道，因此包含多个Materials，即使是简单的Materials也会严重地增加GPU的填充指令。应该在MaterialsGroup尽可能减少Materials的数量。

 

性能影响级别：低

运算符	执行的运算
Transform3DGroup	当我们不需要动画或者数据绑定时，不要使用Transform组包含多个Transform。而是使用一个单独的MatrixTransform3D。
Light	在场景中减少光源的数量。太多的光源会强制WPF回退到软件提交实现。粗略的限制是110个DirectionalLights、70个PointLights或者40个SpotLights。
ModelVisual3D	应该把静态对象单独放入一个ModelVisual3D实例。ModelVisual3D比GeometryModel3D更庞大，因为她缓存了变换的边界。GeometryModel3D适合于模型。而ModelVisual3D适合于场景点。我们需要使用ModelVisual3D来把GeometryModel3D实例（希望共享）放入场景之中。
Light	在场景中减少改变光源的次数。每次改变光源都强制重新生成Shader、重新编译。除非原来的配置已经存在（也就是Shader被缓存）。
MeshGeometry3D	为了减少在WPF构造大量集合的时间，比如MeshGeometry3D的Position、Normals、TextureCoordinates和TrangleIndices。应该在值写入前就改变集合的大小。如果可能，直接向集合的构造函数传入一个Array或者List。

 

作者：David Teitlebaum。感谢Chris Raubacher、Anthony Hodsdon、Jordan Parker和Daniel Lehenbauer。