面试题答案
一键面试缓存机制设计
- 缓存分类：
- 几何数据缓存：存储3D模型的顶点数据、索引数据等。例如，对于静态模型，将其顶点和索引数据缓存起来，避免重复加载。可以采用哈希表结构，以模型的唯一标识符作为键，缓存数据作为值，方便快速查找和访问。
- 纹理数据缓存：缓存纹理图像，如地面、墙壁等的材质纹理。为了节省内存，可以根据纹理的使用频率和重要性采用分级缓存策略，高频使用的纹理放在快速访问的缓存区域，低频使用的可以放在较慢但容量较大的存储中。
- 中间渲染结果缓存：在渲染过程中，某些阶段的中间结果可能会被多次使用，如光照计算的部分结果。可以根据渲染算法的流程，确定哪些中间结果值得缓存，采用队列或者栈的结构来管理这些缓存数据，确保数据的及时更新和使用。
- 缓存与渲染算法协同：
- 基于渲染流水线：在渲染流水线的各个阶段，如顶点处理、光栅化、片段处理等，分析每个阶段的数据需求和输出。例如，在顶点处理阶段，需要从几何数据缓存中获取顶点信息，而在片段处理阶段，可能需要从纹理数据缓存和中间渲染结果缓存中获取相关数据。确保缓存的布局和访问方式与渲染流水线的执行逻辑相匹配，减少数据查找和传输的开销。
- 自适应缓存策略：根据渲染场景的动态变化，调整缓存策略。比如，当场景中出现大量新的动态物体时，适当增加几何数据缓存的容量；当场景光照变化频繁时，优化中间渲染结果缓存的更新频率。可以通过监测渲染算法的运行状态和场景参数的变化来实现自适应调整。
数据更新
- 实时更新：对于动态光影效果，光照数据的变化需要实时反映到渲染结果中。当光照参数（如光源位置、强度等）发生改变时，及时更新相关的中间渲染结果缓存，如光照计算结果缓存。可以采用事件驱动的方式，当光照参数改变事件发生时，触发相应的缓存更新函数。
- 批量更新：对于一些周期性的数据更新，如动画帧的更新，可以采用批量处理的方式。在一帧动画开始渲染前，统一更新几何数据缓存（如骨骼动画的顶点变换数据）和纹理数据缓存（如动态纹理的更新），减少频繁更新带来的开销。
缓存失效策略
- 基于时间的失效：设置缓存数据的生存时间，对于一些不经常变化的数据（如相对静态场景中的部分纹理），可以设置较长的生存时间；而对于动态数据（如动态光影效果产生的中间结果），设置较短的生存时间。当缓存数据的生存时间到期后，将其从缓存中移除。
- 基于场景变化的失效：当场景结构发生重大变化，如添加或删除大量物体时，标记相关的几何数据缓存和纹理数据缓存失效。通过监听场景变化事件，及时清理和重新构建缓存，确保缓存数据与场景实际情况一致。
- 基于访问频率的失效：对于长时间未被访问的缓存数据，认为其不再重要，可以将其从缓存中移除，释放内存空间。可以使用一个计数器记录每个缓存数据的访问次数，定期检查并移除访问次数过低的数据。
算法适配
- 算法调整：根据缓存机制的特点，对渲染算法进行微调。例如，如果缓存机制采用了分级缓存，渲染算法在访问数据时应优先从快速缓存区域查找，如果未找到再从慢速缓存区域查找。这可能需要在算法中增加一些逻辑判断语句，以优化数据访问路径。
- 数据预取：结合渲染算法的执行顺序，提前预取可能需要的数据到缓存中。比如，在渲染下一帧动画前，根据动画的运动规律，预取可能会用到的几何数据和纹理数据到缓存中，减少渲染过程中的数据加载等待时间。通过预测算法和缓存预取机制的配合，提高渲染性能。