笔记18 延迟渲染管线介绍

参考：苏格拉没有底。的笔记

渲染路径（Rendering Path）

渲染路径 决定光照的实现方式，当前渲染目标使用光照的流程。

渲染方式

前向渲染（Forward Rendering）

流程为：

• 待渲染几何体 → 顶点着色器 → 片元着色器 → 渲染目标
• 在渲染每一帧的时，每一个顶点/片元都要执行一次片元着色器代码，这时需要将所有的光照信息传到片元着色器中。

虽然大部分情况下的光照都趋向于小型化，而且照亮区域也不大，但即便是离这个像素所对应的世界空间的位置很远的光源，光照计算还是会把所有的光源考虑进去的。
简单来说就是不管光源的影响大不大，计算的时候都会把所有光源计算进去，这样就会造成一个很大的浪费。

规则

• 发生在顶点处理阶段，会计算所有顶点的光照。全平台支持

• 规则1：最亮的几个光源会被实现为像素光照

• 规则2：然后就是，最多四个光源会被实现为顶点光照

• 规则3：剩下的光源会实现为效率较高的球面调谐光照（Spherical Hamanic），这是一种模拟光照

• 最亮的那盏光一定是像素光照

• Light的Render Mode是important的光一定是像素光照

• 如果前面的两条加起来的像素光照小于Quality Setting里的Pixel Light Count（最大像素光照数量），那么从剩下的光源中找出最亮的那几盏光源，实现为像素光照。

• 最后剩下的光源，按照规则2或3。

• 在base pass里执行一盏像素光、所有的顶点光和球面调谐光照，并且进行阴影计算。

• 其余的像素光每盏一个Additional Pass，并且这些pass里没有阴影计算。

• 场景中看到的阴影，全是base pass里计算出最亮那盏像素光的阴影，其他像素光是不计算阴影的。

补充

• 最多的光源数可更改：Unity中的在 project setting 中
• 需要深度信息进行后处理的话，前向渲染需要单独渲染出一张深度图

延迟渲染（Deferred Rendering）

先不计算光照，延迟到最后再一起计算。主要用来解决大量光照渲染的方案，主机/大项目

实质

先不做迭代三角形做光照计算，而是先找出所以可见像素，再去迭代光照。
直接迭代三角形的话，由于大量三角形是看不到的，会造成极大的浪费。

流程

待渲染几何体 → 顶点着色器 → MRT → 光照计算 → 渲染目标

过程可以拆分为两个pass

• 第一个pass：几何处理通路。首先将场景渲染一次，获取到的待渲染对象的各种几何信息存储到名为G-buffer的缓冲区中，这些缓冲区用来之后进行更复杂的光照计算。
• 第二个pass：光照处理通路。遍历所有G-buffer中的位置、颜色、法线等参数，执行一次光照计算。

补充

• UE4默认使用的是延迟管线。在视图模式—缓冲显示—总览，就可以看到所有 G-buffer 的预览
• Unity的 URP 是不支持延迟渲染的，老管线支持。
• 延迟渲染不支持透明物体的渲染。因为没有深度信息。延迟渲染中的透明物体渲染方式和前向渲染相同
• 因为是最后统一计算光照的，所以只能算一个光照模型（如果需要其他光照模型，只能切换 pass）

其他

1、渲染路径的设置

Unity 在 Project Settings 中可以改。每个相机的 Rendering Path 也可以改。

2、TBDR

有两个TBDR，名字一样，内容不同

• 第一个：是SIGGRAPH2010提出的，作为传统Defferred Rendering的另一种主要改进，分块延迟渲染（Tile-Based Deferred Rendering，TBDR）旨在合理分摊开销（amortize overhead），自SIGGRAPH 2010上提出以来逐渐为业界所了解。基于延迟渲染的优化方式，通过分块来降低带宽内存用量（解决带宽和内存问题）。把整个图像分为很多块，再一块一块的渲染。

• 第二个：PowerVR基于手机GPU的TBR框架提出的改进，通过HSR减少Overdraw

• TBDR这个架构是PowerVR提出来的对TBR的一次改进，在TBR的基础上再加了一个Deferred。通过做一些可见性测试来减少Overdraw

• 涉及手机GPU架构，和延迟渲染没什么关系

• 这里提到的关于TBR 、PowerVR提出的TBRD，详细的可以看知乎的这篇文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/259760974

3、其他渲染路径

延迟光照（Light Pre-Pass / Deferred Lighting）

• 减少G-buffer占用的过多开销，支持多种光照模型
• 和延迟渲染的区别：用更少的 buffer 信息，着色计算的时候用的是forward，所以第三步开始都是前向渲染（可以对不同的物体进行不同的光照模型）

Forward+（即 Tiled Forward Rendering，分块正向渲染）

• 减少带宽，支持多光源，强制需要一个preZ

• 通过分块索引的方式，以及深度和法线信息来到需要进行光照计算的片元进行光照计算。

• 需要法线和深度的后处理需要单独渲染一个rt出来

• 强制使用了一个preZ（可以理解为进行了一个深度预计算）

群组渲染（Clustered Rendering）

• 带宽相对减少，多光源下效率提升
• 分为 forward 和 deferred 两种
• 详细补充拓展：https://zhuanlan.zhihu.com/p/54694743

4、延迟渲染不支持MSAA

• 延迟渲染管线不支持MSAA：像素已经被光栅化了，所以没法用更大的像素来渲染。

5、不同path下光源shader的编写

详情请看官方文档

6、PreZ(Zprepass)

实际上就是一个深度计算。不同于深度图把深度信息绘制到了一张RenderTexture上，PreZ是用一个pass，只算深度。

具体用途：

• 大规模草、透明排序

early-z 和 PreZ 的区别

• early-z，自动的，对面数有要求（硬件自动）
• PreZ，当early-z失效的时候，或者需要深度图的时候，一种手动代替的方案

-作业-

1、总结延迟渲染管线的优缺点

2、如何优化 (移动端优化技术)

• 两个TBDR：一个是SIGGRAPH2010上提出的，通过分块来降低带宽内存用量；一个是PowerVR基于手机GPU的TBR架构提出的，通过HSR减少overdraw