About Render Path

目录

• Forward Shading
  • 优化Overdraw – Early Z
  • 优化Overdraw – Pre Z
• Deferred Shading
  • Deferred Lighting
• Tile Based Shading
  • Tile Based Deferred Shading
  • Forward+
• Cluster Based Shading
• 对比
• 高效的渲染算法要点总结

Forward Shading

• 伪代码

    foreach object in scene 
        foreach light in scene
            do shading(object, light)

• 优点

1. 算法好理解
2. 支持MSAA
3. 支持半透明物体

• 缺点

1. 算法复杂度高 O(m*n)
2. Overdraw显著

• 适用场景

1. 光源不多；场景简单的场景

优化Overdraw – Early Z

• 对于不透明物体提早深度测试，来减少PS阶段消耗。
• 但是对于一个大物体和很多小物体的情况会排序失败；并且可能因为开启了AlphaTest等原因打断Early Z。

优化Overdraw – Pre Z

• 伪代码

    // Pass 1
    foreach object in scene 
        if object.z < depthBuffer.z 
            do depthOnly(object)

    // Pass 2
    foreach object in scene 
        if object.z == depthBuffer.z 
            foreach light in scene
                do shading(object, light)

• 缺点

1. DrawCall增加
2. VS计算开销增加

Deferred Shading （光照计算与物体解耦

• 伪代码

    foreach object in scene 
        if object.z < depthBuffer.z 
            do writeGBuffer(object)

    foreach pixel in screen
        do readGBuffer(pixel)
        foreach light in scene
            do shading(pixelGBuffer, light)

• 优点

1. 支持更多灯光
2. 没有Overdraw
3. 光照计算与物体解耦，算法复杂度低 O(m+n)
4. 对各种屏幕空间算法友好（各种后处理

• 缺点

1. 带宽高
2. 无法处理半透明物体
3. 无法支持很多材质

• 适用场景

1. 光源数量多
2. 场景简单
3. 材质较为单一

Deferred Lighting

Deferred lighting approaches

Tile Based Shading （基于tile优化灯光裁剪

• 伪代码

    // method 1 - screen space
    foreach tile in screen
        foreach light in scene
            if light in this tile
                tile += light

    // method 2 - frustum space
    foreach tile in screen
        get boundingbox for this tile in frustum
        calculate zmin and zmax
        foreach light in scene
            if light.z in zmin and zmax
                tile += light

    do shading(tiles)

• 如何确定tile的大小？

1. 与GPU中的线程组中的线程数大小相关
2. 应该是64的倍数
3. 不超过1024（DX11上的数，不同的硬件数据不同

• 优点

1. 支持的光源数量多
2. 可扩展性强

• 缺点

1. 深度不连续
2. 光源剔除不精确

Tile Based Deferred Shading (Tile Based Shading + Deferred Shading

• 伪代码

    // writeGBuffer
    foreach object in scene 
        if object.z < depthBuffer.z 
            do writeGBuffer(object)

    // light culing
    // method 1 - screen space
    foreach tile in screen
        foreach light in scene
            if light in this tile
                tile += light

    foreach tile in screen
        foreach pixel in tile 
            do readGBuffer(pixel)
            foreach light in tile
                do shading(pixelGBuffer, light)

Forward+ (Tile Based Shading + Forward Shading

• 伪代码

    // pre z - pass 1
    foreach object in scene 
        if object.z < depthBuffer.z 
            do depthOnly(object)

    // light culing
    // method 1 - screen space
    foreach tile in screen
        foreach light in scene
            if light in this tile
                tile += light

    // pre z - pass 2
    foreach object in scene 
        if object.z == depthBuffer.z 
            foreach light in tile
                do shading(object, light)

Cluster Based Shading （基于tile和深度优化灯光裁剪

• 伪代码

    // build clusterArray

    // light culling
    foreach cluster in clusterArray
        foreach light in scene
            if light in this cluster
                cluster += light

    do shading(clusterArray)

• Cluster 的构建

  • 基于视线方向，将Tile做深度上的切割（每一个三维的块叫Cluster
  • 不同深度的选择方法
    1. 基于NDC：近平面Cluster小且密，远平面大且疏，非线性
    2. 基于ViewSpace：近平面Cluster大且疏，远平面小且密
    3. 基于指数：用指数抵消基于NDC的非线性

• 优点

1. 支持大规模光源数量

• 缺点

1. Cluster构建有固定开销
2. 光源裁剪开销大

• 适用场景

1. 适合光源数量多的场景
2. 对移动端不友好

高效的渲染算法要点总结

• 适当的网格管理和剔除操作
• 减少不必要的像素着色器调用
• 减少着色期间的光照计算数量
• 减少不必要的IO读写