Архитектура (высокоуровневая, слоистая)
- Core: math, сценограф (scene graph), материал/матчинг шейдеров, ресурсы, сериализация, тестовые утилиты.
- Renderer Abstraction Layer (RAL): публичный API рендера (CommandBuffer, RenderPass, Pipeline, Texture) — независим от платформы/бэкента.
- Backend implementations: Metal, Vulkan, DirectX, OpenGL/WebGL, WebGPU — реализуют RAL.
- Platform Layer (PAL): окно/контекст, ввод, файловая система, таймеры, нативные сервисы.
- Tools & Pipeline: кросс‑компилятор шейдеров, ассет‑пайплайн, валидаторы.
- Runtime/Engine: ResourceManager, SceneManager, Scheduler, HotReload.
- Test/CI infra: headless/software renderers, device farms, визуальная регрессия.
Соответствие паттернам (какая роль и почему)
- Abstract Factory: создание конкретного набора объектов бэкента (Device, CommandQueue, Swapchain). Позволяет инстанцировать комплект для WebGPU/Vulkan/Metal унифицированно.
- Bridge: разделение абстракции рендера (RAL) и реализации (Backend). Упрощает добавление новых API без изменения логики движка.
- Adapter: адаптация нативных API платформ (EGL/ANGLE, Metal layer) под RAL; также WebAssembly/JS адаптер для Web.
- Strategy: выбор алгоритма рендеринга (forward, deferred, clustered, tile‑based), выбора теней, LOD и кэширования в рантайме.
- Facade: упрощённый публичный API для приложений/игр (инициализация, загрузка сцены, рендер цикл) — скрывает сложность.
- Composite: реализация сцены/узлов (Nodes, Groups, Mesh) для иерархического управления.
- Visitor: операции обхода сцены (фрустра‑куллинг, сборка команд, инстансинг) без изменения структуры.
- Command (Command Buffer): запись команд рендера, сериализация/реиграция и сравнение между платформами.
- Observer: подписка на события (reloaded asset, device lost, input), удобен для hot‑reload и реактивных обновлений.
- Proxy: ленивый/удалённый доступ к ресурсам (streaming текстур), кэширование.
- Factory Method: загрузчики ресурсов (FBX, glTF, текстуры) создают конкретные Resource объекты.
- Dependency Injection: для тестируемости (внедрение mock‑бэкента, файловой системы, timers).
Обоснование выбора
- Bridge/Abstract Factory/Adapter минимизируют платформо‑зависимый код и упрощают добавление новых графических API.
- Strategy + Command + Visitor дают гибкость в подборе и тестировании алгоритмов рендеринга и позволяют записывать/проверять последовательности команд.
- Observer/HotReload ускоряют итерацию разработки и упрощают автоматические тесты реакций на изменения.
- Facade обеспечивает стабильную поверхность API для потребителей и облегчает обратную совместимость.
Стратегия тестирования
1) Unit‑тесты
- Что: math (vec/mat), ранжирование, ресурсный менеджер, парсеры ассетов, отдельные классы RAL API.
- Как: чистые тесты без GPU, использование mocks для файловой системы, таймеров, простых интерфейсов GPU.
- Инструменты: GoogleTest/Catch2/pytest.
- Критерии: покрытие контрактов API, негативные/пограничные случаи, детерминированность (фиксация seed).
2) Интеграционные тесты
- Что: связка SceneManager + RAL + Backend + Platform; загрузка сцен, pipeline state, swapchain, мультиплатформенная инициализация.
- Как: тесты запускаются на headless backends (software rasterizer, ANGLE, SwiftShader) в CI и на реальных устройствах (emulators/device farm).
- Средства: headless OpenGL/Vulkan, Docker для десктопов, облачные device farms для iOS/Android, Browser CI (Puppeteer) для WebAssembly.
3) Визуальная регрессия (golden tests)
- Метод: фиксированные тест‑сцены (статичные камеры, отключённые анимации, фикс. seed) → снимок кадра или набор буферов (color, depth, G‑buffers) → сравнение с эталоном.
- Метрики: перцептуальные (SSIM), PSNR, max pixel diff. Пороговые значения: SSIM $>0.98$ для pixel‑критичных тестов, допускаемый max pixel diff $<5$ (8‑бит) для менее строгих; гибкие пороги для разных платформ.
- Алгоритм сравнения: сначала binary hash (быстрая проверка), если не совпадает — SSIM + локализация отличий; при регулярных отличиях — валидация через reference software renderer.
- Автоматизация: CI регистрирует неудачи, требует ревью/обновления эталона с явной пометкой.
4) Тесты производительности
- Что: фреймтайм (mean, p$50$, p$95$), latency, CPU/GPU загрузка, memory, peak VRAM.
- Метрики: целевой фреймрейт $60$ fps, бюджет кадра $16.67$ ms, p$95$ frame time $<$ заданного порога.
- Как: воспроизводимые сцены, тепловые тесты (long‑run), стресс‑тесты (много draw calls, большие текстуры), аппаратные таймстампы (GPU queries).
- Инструменты: встроенные таймеры, GPU queries, системные профайлеры, Perfetto, XCode Instruments, RenderDoc для capture.
5) Моки и фейковые драйверы
- GPU mocks: Fake GL/Metal/Vulkan layer для unit/integration без реального GPU; возможность симулировать ошибки (device lost, OOM).
- Software renderer: эталонный результат для визуальной регрессии.
- FS/Network mocks: для ассетов и streaming.
- Time/Input mocks: детерминированные тесты.
6) Тестирование совместимости и корректности
- Контрактные тесты API: набор тестов, которые должны проходить при каждом изменении публичного API.
- Сериализация/десериализация: тесты backward/forward на версии ассетов (миграционные скрипты).
- Regression suite: полный набор интеграционных + визуальных тестов против последнего релиза.
- CommandBuffer capture/replay: захват последовательности команд и сравнение между платформами (логика, state changes). Хеши команд/буферов как быстрый детектор.
- Сравнение промежуточных буферов (G‑buffers) вместо только финального кадра для более строгой сверки.
CI и инфраструктура
- Мульти‑раннеры: Linux/macOS/Windows, iOS/Android device farms, Browser CI.
- Параллельные пайплайны: unit → integration(headless) → visual + perf(on devices).
- Канареечные сборки и nightly full‑suite.
- Лёгкое обновление baseline: PR с визуальным diff должен требовать ручной ревью и мета‑комментарий.
Обеспечение обратной совместимости
- Semantic versioning и чёткая политика deprecation (период поддержки, предупреждения в runtime).
- API shims: слои‑адаптеры, которые переводят старые вызовы в новые реализации.
- Миграционные тесты: автоматические тесты, запускающие старые ассеты/шейдеры/сцены на новой версии и сравнивающие результаты.
- Контракты сериализации: версии форматов ассетов с миграторами на загрузке; валидаторы форматов.
- Регресс‑suite против последнего публичного релиза каждый CI run; критические regression block release.
Проверка корректности (практические подходы)
- Детерминированность тестов: фиксированные seed, фикс. тайминги, отключение асинхронных эффектов.
- Многоуровневая верификация: unit assertions → capture command buffer → сравнение G‑buffers → визуальная проверка.
- Стресс и negative tests: эмуляция device lost, OOM, corrupted shaders, сетевых ошибок.
- Фазовый roll‑out: canary → staged release → мониторинг ошибок/visual diffs в проде.
Короткий свод рекомендаций для внедрения
- Сразу отделить RAL от бекендов (Bridge/Abstract Factory/Adapter).
- Использовать Command Buffer + deterministic scenes для визуальной регрессии.
- Инструментировать capture/replay (RenderDoc‑style) для отладки кросс‑платформных багов.
- Автоматизировать визуальные тесты с перцептуальными метриками и ручной ревизией при обновлении эталонов.
- Встраивать mock‑бэкенды и DI для быстрых unit‑/integration‑тестов в CI.
- Поддерживать набор совместимости и миграционные инструменты для ассетов/шейдеров.
Если нужно, могу:
- дать примеры API‑интерфейсов (какие классы/методы в RAL);
- предложить конкретную матрицу тестов для CI (набор сцен и платформ);
- привести пример структуры CommandBuffer capture/replay.