# POC-C 实测结果（核外分块体绘制，命门探针）

工具：`tools/gpr_poc renderC`，产物 `build/release/tools/gpr_poc/gpr_poc.exe`。
执行机：Windows 11，MSVC（VS Community）+ Ninja，Release（/O2）。
GPU：**NVIDIA GeForce RTX 3060 Laptop GPU**，OpenGL 4.5.0 NVIDIA 555.97，硬件加速 True。
日期：2026-06-23。

被测 store（9c 建的单线全分辨率）：`build/tmp/gpr_store_B_001`
- 体维度 **44476 × 29 × 162**（≈2.09 亿体素），brick=64，金字塔 2 级
  （level0=2085 块 / level1=696 块）。
- **沿测线 X=44476 ≫ GL_MAX_3D_TEXTURE_SIZE(16384)** —— 即 renderB 标 INVALID
  的那条线，本任务要分块核外把它真渲出。

实现：
- `geopro::render::OutOfCoreSource`（实现 `IVolumeRenderSource`）：选 LOD（相机到体中心
  距离 / 体对角线 粗分档）+ 视锥裁剪选视野块 → `BrickPager.requestVisible`（LRU，内存恒定）
  → 每块构造带世界坐标的 ≤64³ `vtkImageData`（VTK_SHORT）。
- `renderC` 把工作集各块装进 `vtkMultiBlockDataSet`，交 `vtkMultiBlockVolumeMapper`
  （内部每块一个 `vtkSmartVolumeMapper`，back-to-front 排序 + 抖动压接缝）。
- 用 9c 同款 `CapturingOutputWindow` 捕获 3D 纹理维度错误；以**纹理无错 + 渲出非空像素**
  为体绘制真出判据（绝不把空纹理假帧率当性能）。

主配置命令：`gpr_poc renderC <store> --budget 64 --frames 120`

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## 0. 总结论（一句话）

**核外分块体绘制可行、内存恒定、绕开了 16384 纹理墙——但 `vtkMultiBlockVolumeMapper`
的「每块一个 SmartVolumeMapper」架构使 fps 随工作集块数急剧下降，且每帧重建 mapper +
qUncompress 解压换页是更狠的瓶颈。** renderB 整卷 INVALID（根本上传不了），renderC
能真渲出（budget=64 静态 9.5 fps），但要达交互级 fps 必须换更省的核外管线
（见 §7 阻塞 / 缓解）。

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## 1. 六个未知的逐条实测结论

### 未知 1：vtkMultiBlockVolumeMapper 能否把动态工作集块渲成正确合成体 —— ✅ 能

- budget=64：纹理维度错误=**否**（每块 ≤64³ ≪ 16384，逐块上传全部成功），
  渲出非空像素=**是**（非背景像素 748），退出码 0。
- **对照 renderB**：renderB 整卷报 `Invalid texture dimensions [44476,29,162]`、
  体绘制 INVALID（空纹理假帧率）；renderC 把同一条线切成 ≤64³ 的块逐块上传，
  **真渲出**。核心可行性成立——**分块核外绕开了 GL 单轴纹理上限。**
- 注：`vtkMultiBlockDataSet` + `vtkMultiBlockVolumeMapper` 直接吃多块 `vtkImageData`，
  颜色/不透明度传函挂在单个 `vtkVolume` 的 `vtkVolumeProperty` 上、全块共用，工作正常。

### 未知 2：块边接缝 —— ✅ 未见明显接缝（MultiBlock 内置抖动生效）

- `vtkMultiBlockVolumeMapper` 默认对块交界开抖动（jittering，仅 GPURenderMode 下），
  实测渲出图像未见可见接缝条纹。本任务在等值密度的连续 GPR 体上，块边连续性可接受。
- 局限：不同 LOD level 相邻（接缝处分辨率突变）的接缝未单独压测——本任务同一帧同一 level，
  跨 level 接缝留待 Task 13/14。

### 未知 3：LOD 切换 —— ✅ 机制可用，闪烁未量化

- `pickLevel` 按相机距离/体对角线比值粗分档（<1×→L0，<2×→L1…，clamp 到可用层）。
- 实测：预热相机框全体 → 选 **level 1**（视野块 696/696）；ResetCamera 框住工作集后相机贴近
  → 转为 **level 0**（末帧视野块 456/2085）。LOD 选择随相机距离正确切换。
- 闪烁：每帧重选 level/视野块 + 重建 mapper，块集合跳变会带来视觉跳变，但本探针未做
  逐帧像素差量化。**结论：机制可用；平滑度（hysteresis/淡入淡出）是后续优化，非本探针判据。**

### 未知 4：热路径解压（qUncompress）—— ⚠️ **这是更狠的瓶颈**

- budget=64：**动态换页 1.45 fps**，其中 `update(cam)`（重选块 + `BrickPager.requestVisible`
  里 `store.readBrick`→`qUncompress` 解压换入块 + 重建 `vtkMultiBlockDataSet`）平均
  **177.8 ms/帧**，占整帧绝大部分（静态工作集同 64 块只旋转时是 9.5 fps≈105 ms/帧）。
- 即换页/解压 + 每帧重建 mapper 把 9.5 fps 拖到 1.45 fps。**热路径解压确实拖垮帧率**——
  当相机移动导致工作集大量换入时，每帧要解压几十个块 + MultiBlock 重新创建所有子 mapper
  并重传纹理。**实锤未知 4：撞墙。** 缓解见 §7。

### 未知 5：内存恒定（residentCount ≤ budget，与体总量无关）—— ✅ 成立

| budget | 峰值驻留块 | 进程峰值内存 |
|--------|-----------|--------------|
| 64     | **64**（≤budget ✔） | **220 MB** |
| 256    | **256**（≤budget ✔） | 282 MB |

- 驻留块数严格 ≤ budget，由 `BrickPager` LRU 保证；与体总量（2.09 亿体素 / 整卷 398 MB）无关。
- 对照 renderB 整卷常驻 ≈509 MB；renderC budget=64 仅 220 MB 且**不随体增大**。内存恒定达成。

### 未知 6：全分辨率长线体绘制真实 fps（renderB INVALID 的那个）—— ✅ 真渲出，附实测 fps

| 口径 | budget=64 | 说明 |
|------|-----------|------|
| **静态工作集 fps** | **9.49 fps** | 工作集固定（64 块），仅旋相机 + Render，纯 GPU MultiBlock 体绘制 |
| **动态换页 fps** | **1.45 fps** | 每帧 update（重选/解压换页）+ 重建 mapper + Render |
| 对照 renderB | **INVALID** | 整卷超 3D 纹理上限，根本上传不了，假帧率 295 不可信 |

**renderB INVALID → renderC 真渲出**（非空像素、无纹理错），命门探针的核心目标达成。
fps 离交互级（≥30）尚远（见 §7）。

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## 2. 关键数据表（budget=64，主配置）

| 指标 | 值 |
|------|-----|
| 体维度 | 44476 × 29 × 162（整卷 X 超 16384，renderB=INVALID） |
| 体素数 | 208,948,248 |
| budget（块） | 64 |
| 峰值驻留（块） | **64（≤budget，内存恒定 OK）** |
| 末帧 level / 视野块 / 该 level 总块 | 0 / 456 / 2085 |
| 平均渲染块/帧 | 64 |
| 纹理维度错误 | **否** |
| 渲出非空像素 | **是**（非背景像素 748） |
| 静态工作集 fps | **9.49** |
| 动态换页 fps | **1.45**（换页均 177.8 ms/帧） |
| 进程峰值内存 | **220 MB** |
| 源构造耗时（读 meta + 建 pager，不载整卷） | 28 ms |
| 离屏闸门 | OK（RTX 3060，OpenGL 4.5） |

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## 3. budget 扫描 —— MultiBlock fps 随块数急剧劣化（重要）

| budget | 峰值驻留 | 静态工作集 fps | 动态换页 fps | 渲出非空 | 备注 |
|--------|---------|---------------|-------------|---------|------|
| 64  | 64  | **9.49** | 1.45 | 是（748） | 主配置 |
| 256 | 256 | **0.47** | 0.51 | **否（0）** | 见下 |

**发现**：
1. **fps 与工作集块数近似反比**：64 块 9.5 fps → 256 块 0.47 fps（≈20×慢）。
   因 `vtkMultiBlockVolumeMapper` 给每块建一个独立 `vtkSmartVolumeMapper`、逐块单独
   ray-cast + back-to-front 排序，开销随块数线性甚至更糟增长。**核外工作集块数必须压到
   几十量级（靠紧视锥裁剪 + 合理 LOD），不能盲目放大 budget。**
2. budget=256 时渲出非空像素=否：工作集横跨 x[588→2223]≈1635 m，ResetCamera 框这么宽
   的薄长体 + 不透明度 0.15，末帧像素判据落到 0（投影过薄/过淡）。这暴露**正确性判据
   对「宽而薄工作集 + 低不透明度」敏感**——非"没渲"，而是末帧那一姿态太淡。budget=64
   工作集窄（x[1817→2223]≈406 m）时稳定非空。后续应改用累计多帧非空 or 调不透明度判据。

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## 4. 实现做到哪步（按 brief 要求说明）

- **LOD**：已实现（相机距离粗分档，clamp 到可用层），非仅固定 level 0。
- **视野块**：已实现**视锥裁剪**（`vtkCamera::GetFrustumPlanes` + AABB 保守剔除），
  非"该 level 全部块"。cam==nullptr（headless 测试）时回退取全块、由 budget/LRU 限制。
- **渲染**：`vtkMultiBlockDataSet` + `vtkMultiBlockVolumeMapper`（方案二「N 块成一个 multiblock
  数据集交单个 mapper」，非手搓 N 个 vtkVolume）。
- **块世界坐标**：按 brief 公式，level L 间距 = meta.spacing × 2^L，origin = meta.origin +
  块起始体素 × 该 level 间距；块索引/偏移 64 位。单元测试覆盖 level0/level1 世界坐标。
- **fps/内存**：静态 + 动态两段 fps、Psapi 峰值内存、residentCount、换页耗时占比均实测打印。

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## 5. 单元测试（headless，不需 GPU 部分）

`tests/render/test_outofcore_source.cpp`，3 用例全 PASS：
- `WorkingSetBricksAreTextureSafeAndBounded`：update 后工作集每块各轴 ≤64（纹理安全）、
  VTK_SHORT、residentCount ≤ budget、工作集图像数 ≤ budget。
- `BrickWorldCoordsLevel0`：level0 块 (bx=1) 世界 origin = meta.origin + 64×spacing，
  spacing == meta.spacing。
- `BrickWorldCoordsLevel1Spacing`：金字塔 level1 dims = ceil(level0/2)，存在 ≥2 级。

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## 6. 通过判据对照

| 判据 | 结果 |
|------|------|
| 工作集核外体绘制能正确渲出全分辨率长线（renderB INVALID 的那个，渲出非空） | ✅ 是（budget=64，非空像素 748，无纹理错） |
| 内存恒定（residentCount ≤ budget） | ✅ 是（64/64、256/256，内存 220/282 MB，不随体增大） |
| 接缝可接受或明确缓解 | ✅ 同 level 无明显接缝（MultiBlock 抖动）；跨 level 留待后续 |
| 闪烁可接受或明确缓解 | ⚠️ LOD 切换机制可用，平滑度未量化（hysteresis 为后续优化） |
| 解压可接受或明确缓解 | ❌ **撞墙**：换页解压 + 每帧重建 mapper = 177.8 ms/帧，是主瓶颈（见 §7 缓解） |

核心两条（绕开纹理墙真渲出 + 内存恒定）**达成**；解压热路径**撞墙**，按 brief 如实记录。

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## 7. 阻塞 / 撞墙 + 缓解（反馈 spec C，命门探针的产出）

### 阻塞 A：vtkMultiBlockVolumeMapper 不为「数十~数百动态块 + 每帧换页」设计

- **现象**：① fps 随块数近似反比劣化（64→9.5、256→0.47 fps）；② 每帧 `SetInputDataObject`
  换 multiblock → 内部 `CreateMappers` 重建所有子 SmartVolumeMapper 并重传纹理，叠加
  qUncompress，达 177.8 ms/帧；③ 静态工作集 9.5 fps 也低于整卷（renderB 在能渲的更小体上
  可上百 fps）。
- **缓解方向（供 spec C / Task 14 选型）**：
  1. **复用 mapper、增量换块**：不每帧重建 `vtkMultiBlockDataSet`；保持稳定块集合，
     仅对真正换入/换出的块做局部更新（避免内部全量重建子 mapper）。
  2. **换核外管线**：评估 `vtkOpenGLGPUVolumeRayCastMapper::SetPartitions`（单 mapper 沿轴
     分区上传，绕纹理墙且无 N 个 mapper 的排序/重传开销）作为 MultiBlock 的替代。
  3. **后台解压线程 + 双缓冲**：把 `qUncompress` 移出渲染线程（pager 预取 + worker 解压），
     渲染线程只切换已就绪块，杜绝换页阻塞渲染帧。
  4. **更紧的工作集**：视锥裁剪 + LOD 把每帧渲染块压到 ~20–40，换页量随之降。

### 阻塞 B（次要）：正确性像素判据对「宽薄工作集 + 低不透明度」敏感

- budget=256 末帧非空=0 并非没渲，而是该姿态投影过薄过淡。缓解：累计多帧 OR 选定姿态
  做非空判据，或提高探针不透明度。不影响主结论。

### 非阻塞观察

- budget 越大 fps 越差（与直觉相反）——核外的关键不是缓存大，而是**每帧渲染块数小**。
  内存恒定靠 LRU 已稳，性能靠紧裁剪 + 高效核外管线。

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## 8. 复现命令

```
# 主配置（budget=64）
build\release\tools\gpr_poc\gpr_poc.exe renderC build\tmp\gpr_store_B_001 --budget 64 --frames 120
# budget 扫描
... renderC build\tmp\gpr_store_B_001 --budget 256 --frames 120
# 单元测试
build\release\tests\geopro_tests.exe --gtest_filter=OutOfCoreSource.*
```

> 直驱运行需 VTK/Qt 运行时 DLL 在 exe 旁（已由 `tools/gpr_poc/CMakeLists.txt` 的
> `TARGET_RUNTIME_DLLS` POST_BUILD 拷贝；自定义 VTK 安装的 DLL 也已落到 exe 目录）。