作者：zhuhuanhuan，圖形技術專家

隨著3D技術的應用普及，越來越多的場景都能看到3D的身影，比如充電動效、3D壁紙、游戲等等，給用戶帶來了更有趣、更豐富的體驗。要滿足用戶的3D體驗需求，離不開3d渲染引擎。本期，我們就和大家聊一聊HarmonyOS的3D渲染引擎。

一、產生背景

現有的商業3D引擎，在游戲、工業設計、影視等領域發揮了至關重要的作用。為了兼顧跨平臺的一致性、降低開發者的使用門檻，這些引擎往往會對不同的硬件平臺做抽象，提供一站式的統一開發框架，讓開發者在開發應用時無需關注硬件平臺的差異性。這雖然給開發者帶來了便利，但在一些輕量級3D場景下卻存在應用架構龐大的問題，并且會消耗過多的內存和功耗。

以3D壁紙為例，如果使用現在流行的商業渲染引擎來實現，其內存占用和功耗都很大。下面的圖1展示了一款典型的2D靜態壁紙與其3D版本之間的資源消耗對比。可以看出，內存和功耗都大大增加了，這會大幅降低設備的待機時間。

圖1 靜態壁紙與動態壁紙的資源消耗對比

為了解決當前主流渲染引擎資源占用過高的問題，服務“1+8+N”眾多設備的輕3D需求，華為自主研發了全新的輕量級HarmonyOS 3D渲染引擎。

二、HarmonyOS 3D渲染引擎介紹

HarmonyOS 3D渲染引擎采用了業界最先進的ECS（Entity-Component-System，實體-組件-系統）渲染引擎架構。 ECS架構的數據和方法分離，按照組合的方式將組件及其行為拼裝成對象，對cache命中更加友好，并且更加易于實現多線程并行。

那么基于ECS架構的HarmonyOS 3D渲染引擎到底是怎樣的？下面我們從典型特征、特性列表、性能表現三個方面，帶大家了解HarmonyOS 3D渲染引擎。

1. 典型特征

HarmonyOS 3D渲染引擎具有以下典型特征：

• 數據驅動
  

為了最大限度減輕迭代開發的工作量，采用了數據驅動的設計思想，使得大量配置和修改都無需重新編譯代碼。例如render node graph、shader pipeline、renderpass layout、vertex data declaration和post-processing等內容都可以通過json等文本文件指定，開發者可以通過修改這些配置文件實現改變渲染流程、增加后處理效果、修改模型形狀等操作。

• 插件機制
  

在保持引擎核心代碼盡可能少的同時，提供了極為方便的架構級插件擴展支持。比如，在低端設備上，可以只提供引擎的核心部件，這樣編譯出來的二進制文件規模非常小。而在高端設備上，可以根據需要添加擴展功能插件，例如碰撞功能、粒子效果等。這樣，既可以降低應用的資源消耗，也可以讓開發者輕松構建自定義渲染管線。

• 高度并行
  

自動支持渲染并行化。GPU資源可以按照lock-free的方式訪問，開發者無需使用鎖，也不用擔心資源訪問的多線程競爭問題。

• 軟硬結合
  

HarmonyOS與HISI芯片的軟硬件聯合優化，以及華為在GPU Turbo技術的長期沉淀，為3D應用能效比的提升作出了重要貢獻。

• 現代圖形API
  

圖形API充分借鑒了Vulkan API的設計思想，能夠有效利用Vulkan的大量創新特性，例如multi-queue、indirect rendering、stateless rendering、descriptor sets等。

2. 特性列表

相比當前業界常用的渲染引擎，HarmonyOS 3D渲染引擎已經支持所有核心功能和常用特性，可以滿足絕大部分3D應用的開發需求。下面我們就來看看HarmonyOS 3D渲染引擎支持哪些特性吧：

圖2 支持的特性列表

說明：圖2中的“插件系統”是可以根據需要進行擴展的特性，其他特性則是系統默認支持的特性。

如圖2所示，HarmonyOS 3D渲染引擎除了支持Java/C++ API以外，還將在2022年支持HarmonyOS的JS開發框架和聲明式UI。后處理方面，目前支持FXAA抗鋸齒技術，后續還將支持基于時域的TAA（Temporal Anti-Aliasing）抗鋸齒技術，以達到更好的顯示效果。

3. 性能表現

HarmonyOS 3D渲染引擎主打輕量級，其性能表現尤為重要。

我們從開源項目獲取了一些標準模型，這些模型經常用于圖形領域的各種demo測試。基于麒麟990平臺評估這些模型在多個引擎中的性能表現，測試結果如下圖所示：

圖3 性能測試結果

開源項目：https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Models

從以上測試結果可以看出，HarmonyOS 3D渲染引擎在內存和功耗上表現都非常出色。

三、應用示例

HarmonyOS 3D渲染引擎當前主要面向普通的應用開發者，典型應用場景是在以2D為主的應用中嵌入少量的3D元素。

目前3D渲染引擎已經內置到HarmonyOS中了，下面我們來看看HarmonyOS 3D渲染引擎的幾個典型應用示例：

UX 3D動效：

Qmoji（相機趣味變裝）：

3D壁紙：

四、未來展望

雖然HarmonyOS 3D渲染引擎當前主要面向輕量級的3D應用場景，但其同樣支持復雜3D場景的開發，例如3D游戲、車控界面等。為了協作開發者更好地完成3D場景開發，HarmonyOS將在2022年推出3D場景配套的開發工具，敬請期待！

未來，HarmonyOS 3D渲染引擎以及配套的3D開發工具鏈將隨著HarmonyOS持續演進，不斷拓寬應用場景，持續推動3D應用在各種智能設備上的廣泛落地，打造更加絢麗的數字世界！