Lecture04 Rendering in Game Engine

挑战

  • 场景极其复杂
  • 实时，帧率稳定

大纲

  • 基础
    • 硬件架构
    • 渲染数据结构
    • 可见性
  • 材质、Shader、光照
    • PBR
    • Shader Permutation
    • 光照
    • 点/方向光照
    • IBL / Simple GI
  • 特殊的渲染
    • 地形
    • 天空 / 雾
    • 后处理
  • Pipeline
    • 前向渲染 Forward、延迟渲染 Deferred、Forward Plus
    • Ring buffer and V-Sync
    • Tiled-based Rendering

@GAMES101

Vertex Data -> Triangle Data -> Material Parameters -> Textures

投影 -> 光栅化

eg. Computation - Texture Sampling

  • Step 1 : 使用相邻两层MIPMAP
  • Step 2 : 在两层MIPMAP之间双线性插值
  • Step 3 : 结果像素之间的线性插值

GPU

SIMD and SIMT

  • SIMD : Single Instruction Multiple Data eg.四维向量同时加减

  • SIMT : Single Instruction Multiple Threads 同时处理大量SIMD任务

计算单元
  • GPC Graphics Processing Cluster
  • SM Streaming Multiprocessor
  • Texture Units
  • CUDA Core
  • Warp (a collection of threads)

Application Performance is limited by:

  • Memory Bounds
  • ALU Bounds
  • TMU(Texture Mapping Unit) Bound
  • BW(Bandwidth) Bound

Renderable - 可渲染的内容（Component）

  • Mesh
    • Mesh Primitives
    • Vertex and Index Buffer > 每顶点存储法向：避免有两个顶点重合时法向错乱
  • Material
    • Textures
    • Shaders

L04_Renderable1

一个Mesh有多种材质 —— SubMesh

L04_Renderable2

节约空间：Mesh / Shader / Texture 各存储一个Pool，使用时用索引 —— Instance

L04_Renderable3

对场景按场景排序渲染 —— 对GPU友好，可以加速

GPU Batch Rendering 渲染一次，再做Offset

Visibility Culling
  • View Frustum之外的不渲染
  • 对空间做划分（前文介绍，四叉树 / BVH） BVH构建块，应用多
  • PVS, Potential Visibility Set 根据房间门是否可见裁剪 L04_PVS 现在已应用不广，但思想可以用于资源加载等场景
  • GPU Culling 利用G-Buffer，延迟渲染
纹理压缩
  • 不能用JPG/PNG等复杂压缩
  • Block Compression：将图片切分为一个个小块（例如4*4）压缩 eg. 在小块中保留最大值最小值，其他值使用这两值的线性插值
Authoring Tools of Modeling
  • Polygon : MAX / MAYA / Blender
  • Sculpting : Zbrush
  • Scanning
  • Procedural : Houdini
Cluster-Based Mesh Pipeline
  • 核心思想：对于非常精细的模型，将其分成无数一组面片组成的Cluster
  • 提供Mesh Shader：GPU处理同样的Cluster，实现更精细的细节
  • 可以基于Cluster做裁剪
  • Nanite in UE5