渲染流程筆記

場景渲染繪製過程中，怎麼能夠保證效果的同時最小化gpu的工作量，是提高幀率的關鍵，最基本的做法是裁剪技術，如空間分割，相機距離排序等，偏gpu的如材質排序等，但這些技術間是有衝突的，比如相機距離排序可能就與材質排序，透明與不透明物體渲染衝突，以前的工作中還沒有涉及到對整個渲染架構的調整及優化，故這部分雖一直有思考，但並沒有完整的去分析如何解決，最近看Game Engine Architecture時看到一個渲染流程，可以較好解決大部分問題，特此記錄一下。
先總結下自己想到的一般渲染邏輯中存在的問題：
1、要儘量減少gpu處理的網格，不可見物體的網格是完全沒必要提交的gpu的，這部通過裁剪技術偏cpu的裁剪和偏gpu的遮擋查詢
2、gpu要儘量減少狀態改變，狀態改變操作gpu必須等前一狀態的工作結束後才能進行，所以頻繁的狀態切換導致gpu頻繁等待，這個問題一般是通過材質排序解決，因爲相同材質的物體，渲染狀態都是一樣的。
3、減少cpu與gpu間的數據交換，主要是貼圖，這也是大顯存的優勢，如果顯存不夠用的話，就進行數據交換，貼圖排序可以減少數據量。
4、像素覆蓋，遠處物體的像素點會被近處物體遮擋，所以這部分像素點的渲染完全是浪費（特別是有複雜光照計算時，更是浪費gpu計算，也是延遲渲染或光照的優勢），通過物體距離相機距離排序可以解決，先繪製離相機近的，再繪製離相機遠的，當然這個並不能全部解決，因爲物體可能交疊，也可能自覆蓋。
5、半透明物體渲染，半透明物體會透過它後面的物體，所以必須由遠到近的繪製，這與上一點是衝突的，一般的解決辦法是把半透明的物體篩選出來放到最後渲染，同時不透明物體渲染還可以關掉alphablend以提高效率。


那麼怎麼樣的渲染邏輯才能如何能儘可能解決上面問題，Game Engine Architecture給出了一個方法，使用到了gpu z prepass特性，具體做法是：
1、不明物體渲染兩遍，第一遍用由近到遠的順序渲染，並關閉pixshader，僅輸出z-buffer，這樣渲染速度會很快。第二遍按材質排序渲染，由於已經有了z-buffer所以像素覆蓋的問題可以避免，pixel shader工作量大大減少，同時材質和遠近排序的矛盾也得到解決。
2、渲染半透明物體，由於透明物體必須由遠到近渲染，所以無可避免導致，無法材質排序。