本系列博客三部曲的前几部分介绍了 Qt Canvas Painter及其新颖的新功能。本篇文章将重点介绍加速 2D Canvas 性能方面的内容，展示我们如何通过基准测试全面提高性能。
让我们先来总结一下，然后再看看我们是如何取得这些结果的：
- 在带有集成 GPU 或低端独立 GPU 的 PC 上，Canvas Painter 的性能大约是使用 OpenGL 后端的 QPainter 的 2 倍。
- 在低端安卓平板设备上，Canvas Painter 的性能约为使用 OpenGL 后端的 QPainter 的 5 倍。
- 在高端安卓平板电脑上，Canvas Painter 的性能约为使用 OpenGL 后端的 QPainter 的 10 倍。
在此，我们再次强调以下警告：
Qt Canvas Painter 在 Qt 6.11 版本中仍处于技术预览阶段。这意味着我们还不能保证 API 或 ABI 的稳定性。
另外值得注意的是，这些基准测试是使用 Qt 6.11.0 RC 版本完成的。随着 Qt 加速 2D Canvas 功能的不断开发，性能很可能会有所提高。
测试方法
Qt Canvas Painter 的主要目标之一是实现高性能，尤其是在带有 GPU 的移动/嵌入式设备上。为了验证这一点，我们显然需要在实际硬件上对我们的加速型 2D Canvas 进行适当的基准测试。而且这种基准测试还应包含其他绘制方式，以便进行公平的比较。
为此，我们使用了 QCPainterBench 应用程序，它具有与 Qt Canvas Painter 和 QPainter 完全相同的测试用例。它包含 6 个单独的测试，可分别启用或禁用：
- Ruler：用于短线段的独立绘制，以及文本元素的出现或消失的基准测试。
- Circles：对圆形和带圆帽的弧形进行基准测试。
- Bezier lines：以带渐变填充的贝塞尔线图为基准测试。
- Bars：绘制矩形以创建条形图的基准测试。
- Icons & Text：绘制小尺寸图像和简短静态文本的基准测试。
- Flower：转换静态路径并为其着色的基准测试。
有了这个应用程序，就可以通过分别启用单个测试用例并比较结果来比较各个绘制特性。但就本博客而言，我们没有时间深入探讨细节，因为我们主要是想对加速后的 2D Canvas 功能的平均预期性能进行大致估算。因此，我们在运行基准测试时启用了默认的测试配置，即除 Flower 之外的所有测试。
为了获得全面的结果，我们在以下系统上进行了测试：
- 联想 ThinkPad P16 Gen 2。该系统是笔记本电脑/台式电脑的范例。测试使用 Intel UHD Graphics 770 的集成 GPU 和 NVIDIA RTX 2000 Ada 的独立 GPU 进行。
- 联想 Tab M10 HD。该系统是中低端嵌入式硬件的范例。芯片组为联发科 Helio P22T，搭载 PowerVR GE8320 GPU。
- 三星 Galaxy Tab S8。该系统是高端嵌入式硬件的典范。芯片组采用高通 SM8450 Snapdragon 8，搭载 Adreno 730 GPU。
值得注意的是，QPainter OpenGL 的抗锯齿设置为使用 4X MSAA。这应该是性能和画质之间的一个很好的平衡点，而且在所有测试系统上都不会导致明显的性能下降。Qt Canvas Painter 使用基于顶点的抗锯齿方案。此外，我们使用 QSG_NO_VSYNC=1 强制启用基于定时器的渲染，因此结果不会受到垂直同步（Vsync）的影响。
下面是一段简短的视频，展示了基准测试应用程序在两款测试平板电脑上的运行情况。
加速型 2D Canvas 测试结果
测试过程中，渲染计数不断增加（例如 1、2、4、8 等），然后测量这对平均 fps 的影响。在开始阶段，渲染性能会受到屏幕更新频率的限制，当渲染次数进一步增加并导致无法按时完成帧渲染时，就会开始出现掉帧。
以下是所有测试系统的基准测试结果。
结论
从上述结果中可以得出很多结论，以下是我认为最有趣的几点：
- D3D12 的速度明显快于 D3D11 或 OpenGL，这一点非常吸引人。与其他两个应用程序接口相比，Direct3D 12 是一个现代化的 API，因此 QRhi 可以利用这一底层图形 API 来提高效率。D3D11 的速度慢于 OpenGL 似乎是个疑点，我们实际上已经跟踪并修复了这个问题，因此在目前的 dev 分支中，这些后端的性能已经非常接近。
- 在安卓平板设备上，Vulkan 的性能表现有些不同。在 Galaxy S8 上，Vulkan 和 OpenGL 的性能差不多，而在联想 M10 上，Vulkan 性能比 OpenGL 低约 20%。我们的假设是，这些设备的 OpenGL ES 驱动程序经过了高度优化，因此更底层的 Vulkan API 在此测试场景中并不能提高性能。不过，我们将继续使用其他系统进行剖析和测试。
- 使用 QPainter Raster 后端时，抗锯齿是一项特别消耗资源的操作。这并不奇怪，因为众所周知，CPU 上的抗锯齿操作速度很慢。QPainter 软件渲染相比各种硬件加速渲染方案要慢得多，因此对它们进行比较没有太大意义。Canvas Painter 基于顶点的抗锯齿虽然质量更高，但对性能的影响可能略大于 QPainter 4X MSAA 方法。Canvas Painter 还可以选择支持 MSAA 抗锯齿，因此可以将其作为替代选项进行基准测试。
- Galaxy S8 使用 Canvas Painter 绝对大放异彩。高分辨率屏幕（2560 x 1600）和高速的高通 Adreno GPU 是 QRhi 加速 Canvas Painter 的绝佳组合。在启用 8 次渲染计数的所有测试中，它都能保持 120fps 的屏幕刷新率。
总结性能数据，我们可以得出与本文开头相同的结论：
在普通 PC 上，Qt Canvas Painter 的性能约为QPainter （使用 OpenGL 后端）的 2 倍；在中低端安卓平板上，约为 5 倍；在高端安卓平板上，约为 10 倍。
我们已尽力为加速型 2D Canvas 提供具体、真实的基准测试和准确结果。不过，如果能在不同系统上验证并获得更多结果，将非常有价值。因此，我们鼓励大家安装最新的 Qt 6.11（预）发布版本，并在自己的开发系统或目标系统上运行QCPainterBench。您可以将测试结果以评论形式提交至此页面、或在 Qt 论坛上发表评论，或创建 CanvasPainter 组件的 Qt Bug 工单。