[虚幻官方教程学习笔记]深入理解实时渲染（An In-Depth Look at Real-Time Rendering）

原英文教程地址深入理解实时渲染（An In-Depth Look at Real-Time Rendering）

文章目录

1.Intro to An In-Depth Look at Real-Time Rendering
- CPU VS GPU
- Deferred VS Forward
2. Before Rendering and Occlusion
- Culling计算的步骤
- - 使用console command:freezerendering锁定当前渲染（实际上是当前Occlusion）
- Occlusion Performance Implications
3. Geometry Rendering Part 1
- Prepass / Early Z Pass
- - Drawcalls
  - 使用console command:**stat RHI** 查看Drawcall即DrawPrimitive Calls
4. Geometry Rendering Part 2
- 在构建场景时，使用整体大模型还是使用模块化小模型
- Instanced Rendering
- Level Of Detail(LOD)
- - HLOD( Hierarchical LOD )
5. Geometry Rendering Part 3
- Vertex Shaders
- - Vertex Shader优化
6. Rasterization(栅格化), Overshading, and the GBuffer
- Quad Overdraw
- GBuffer
- - Custom Depth
- 小结
7. Rendering and Textures
- Mipmap
- Texture Streaming
8. Shaders and Materials
- PBR Materials
- - 使用Console Command: r.Streaming.PoolSize改变Streaming缓存池大小
9. An In-Depth look at Real-Time Rendering - Reflections
- Reflection Captures
- - Sphere Reflection Capture
- Planar Reflection
- Screen Space Reflections（SSR）
- - 使用Console Command: r.SSR.Quality 4提高SSR的质量
10. Static Lighting
- Static Light的优缺点
- Light Maps
- Lightmass
- - Lightmass Importance Volume
  - Indirect Lighting Cache
- 性能小结
11. Dynamic Lighting
- Dynamic Light的优缺点
- 性能小结
12. Fog and Transparency
- Fog
- - Distance Fog
  - Local Volumetric Fog
- Transparency
13. Post Processing

1.Intro to An In-Depth Look at Real-Time Rendering

RTR(Real-Time Rendering) is at its most efficient when there is nothing.RTR is about managing losses

当渲染一开始性能的消耗就已经无法避免，因此RTR的关键就在于如何管理消耗。

在这里插入图片描述

优化良好的项目应该始终运行在Target Frame rate以上，并且随着一切功能的开启性能的下降成一个较为缓慢的曲线；
而优化较差的项目其性能会陡然下降，最终低于Target Frame Rate。

You can not do RTR perfect.
在这里插入图片描述

RTR永远无法达到完美，因此优化的实质就是再性能-画质-功能之间进行妥协和平衡。

CPU VS GPU

CPU和GPU同步工作，它们可能互为对方的瓶颈（Bottleneck）

Deferred VS Forward

在这里插入图片描述

2. Before Rendering and Occlusion

在这里插入图片描述

简单地说在Game Thread中我们会知道"All transforms of all models"
在Rendering Thread（Draw Thread）计算遮挡剔除Occlusion Culling

Culling计算的步骤

四个步骤的计算量逐渐增大

Step 1 Distance Culling（距离剔除）： Distance culling removes any objects further than X from the camera

在这里插入图片描述

可以使用Cull Distance Volume对其内部对象进行统一（分类设置）

Step 2 Frustum Culling(视锥体剔除)：

Step 3 Precomputed Visibility：

要使用PrexomputedVisibilityVolume

Step 4 Occlusion Culling（遮挡剔除）：
该步骤在Rendering Thread（Draw Thread）中计算

使用console command:freezerendering锁定当前渲染（实际上是当前Occlusion）

Occlusion Performance Implications

Set up distance culling
More the 10-15k objects can have an impact
Mostly CPU bound,but some GPU impact
Large open environments don’t occlude well
Even things like particles occlude
Large models will rarely occlude and thus increase GPU
But combing models to large models will lower the CPU

3. Geometry Rendering Part 1

Prepass / Early Z Pass

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Drawcalls

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使用console command:stat RHI 查看Drawcall即DrawPrimitive Calls

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左图： 5 Drawcalls： Sky + Ground + 3 x Cylinders = 5
右图： 6 Drawcalls： Sky + Ground + 2 x Cylinders + Half Cylinder with Gray Material + Half Cylinder with Red Material= 6

右图的渲染顺序
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4. Geometry Rendering Part 2

RenderDoc插件：可以逐Drawcall查看一个画面的渲染过程

在这里插入图片描述

在构建场景时，使用整体大模型还是使用模块化小模型

讨论：使用少量大模型 VS 使用大量小模型对于Drawcall 的影响

对于Drawcall来讲，使用少量大模型自然可以减少Drawcall，但是会带来一些其它的性能问题。

在这里插入图片描述

讨论：使用模块化网格体模型的优势和弊端“

在这里插入图片描述
总结：模型的大小要适当

可以使用Editor>Tools>Merge Actors将多个网格体合并成一个网格体:Merge模式（独立材质）；Simplify模式（即Proxy Geometry Tool 合并材质）

在这里插入图片描述

关于模型合并的几个建议
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合并模型并不是必须的，而且很花时间。

Instanced Rendering

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Level Of Detail(LOD)

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HLOD( Hierarchical LOD )

对一个Mesh组（多个Mesh）进行LOD，这样可以减少面数的同时，甚至可以减少Drawcall

Windows> Hierarchical LOD Outliner
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5. Geometry Rendering Part 3

Vertex Shaders

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Vertex Shader优化

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6. Rasterization(栅格化), Overshading, and the GBuffer

Quad Overdraw

在这里插入图片描述

一般情况下Quad Overdraw虽然增加性能损耗，但并不是致命的，但如果开发VR等应用时使用Forward Render时，要关注Quad Overdraw。

Very thin triangles affect overshading because they pass through many 2x2 pixel quads

下图的圆柱中心部分，严重overshading.
在这里插入图片描述

GBuffer

The frame rendered out in multiple different images
These images are the used for compositing in anything ranging from materials to lighting to fog and so forth.

从此步骤开始渲染将不再利用集合体，而是全部依赖于GBuffer提供的图片。