Unreal Engine Real-Time Rendering Class（四）

Rasterization, Overshading and the G-Buffer

• 光栅化过程就是将3D数据转换为像素的过程：
  

  光栅化根据draw call依次执行

• 由于硬件设计的原因，像素不是一个个处理的，而是以2*2的像素方格来处理的。这意味着如果一个多边形很小或者很薄，它可能会对4个像素着色，而最终只有一个像素有颜色，这被称为过度着色（overshading）。所谓过度着色就是让着色范围超出本应有的区域
  

  看下面的例子，假设多边形最终会让三个绿色区域的像素有颜色（这里只是假设，其实是不正确的。引擎会计算如果像素的中点位于多边形的内部，那么像素就会被着色），但由于像素必须以2*2的方格来处理，因此绿色区域像素所在的3组2*2方格内的12个像素（用橙色区域表示）都会计算着色：
  
  
  接着又有一个多边形需要处理，该多边形最终会让两个蓝色区域的像素有颜色：
  
  此时蓝色区域像素所在的2组2*2方格内的8个像素（用红色区域表示）都会计算着色：
  
  总结一下，我们最终有5个像素有颜色，但我们处理了5组2*2方格总共20个像素
• 多边形越密集，渲染开销越大；从远处看时，多边形的密度会增加；在远距离时，减少多边形数量（可以使用裁剪/LOD）很重要；像素着色器越复杂，过度着色的开销越大。因此过度着色在前向渲染中对性能的影响比在延迟渲染中更大。
• 自定义深度会用单独的渲染纹理或者单独的G-Buffer来渲染对象

• G-Buffer会占用许多内存和带宽，因此你能够渲染的G-Buffer图像的数量是有限制的
  

  UE引擎渲染的G-Buffer

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Rendering and Textures

• 纹理在导入时默认会被压缩；每个平台的压缩方式都是不同的，在PC上用的是称为BC的压缩方式；法线贴图使用一种特殊的方式，称为BC5，只存储了R通道和G通道
• BC3方式用于包含alpha的纹理贴图，BC1方式用于没有包含alpha的纹理贴图
• 压缩纹理的原因在于内存和带宽有限
• 纹理分辨率会影响内存和带宽，但不会影响渲染效率。当内存或带宽不够用时，会引起延迟和卡顿

• 使用Mipmaps是为了防止纹理噪点：
  

  左：使用Mipmaps 右：不使用Mipmaps

  使用了Mipmaps的左图表现为距离越远越模糊，因为距离越远使用的纹理的尺寸就越小。为了支持Mipmaps，纹理的尺寸必须是2的幂（例如64 * 64，256 * 256），不是正方形也没有问题（例如64 * 512）。

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Shaders and Materials

• UE4的着色器流程：
  

  UE4有一些模板化的着色代码：
  
  这些模板被用来为材质编辑器提供支持
  
  在材质编辑器中创建的内容最终会与模板代码合并，生成完整的着色代码：
  
  着色代码中未定义的变量接着会由材质来定义：
  
  材质最终被应用到对象上：
  
• 材质系统的很大一部分都是基于PBR的，PBR使用高光、金属度和粗糙度作为输入
• UE4使用PBR的原因如下：

1. 为了获得最佳效率。因为所有对象都是建立在PBR着色模型上的，所有就可以针对这个单一的着色模型来优化每一个细节
2. PBR更具可预测性，可以改善美术的工作流
3. 可以很好的适用于GBuffer

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Reflections

• UE4中有3种类型的反射：

1. 反射捕获：在一个特定位置捕获一张静态立方体贴图，是预先计算的，因此速度很快，但不精确，并且只能展示捕获位置附近的局部效果：
   

   圆圈代表捕获位置，当摄像机与捕获位置不一致时，会导致很不精确的结果
2. 平面反射：适合那些需要精确反射的平坦表面，范围是有限的。如果开启了每帧动态计算，则开销会很大
3. 屏幕空间反射（Screen Space Reflections，SSR）：UE4默认的反射系统。开销很大，会有噪点，并且只能反射屏幕上出现的物体

UE4的反射优先级为：SSR、平面反射、反射捕获

• 反射的性能影响：

1. 如果项目没有烘焙的话，反射捕获在场景加载时会执行一次捕获，因此会导致加载变慢
2. 许多反射捕获重叠在一起，会导致重叠处像素的像素着色器被重复执行。重叠在一起的反射捕获最好不要超过8个
3. 只有在绝对必要的时候才使用平面反射
4. 硬件条件有限的情况下需要关闭SSR

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转载请注明: EnigmaJJ 2019年2月18日 于 发表