劃水大半年，還沒正式開始做項(xiàng)目。簡單記錄一下最近看的ue4實(shí)時(shí)渲染（RTR）原理，以后在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)該能用到。當(dāng)然，以下內(nèi)容只是我對(duì)虛幻4實(shí)時(shí)渲染的初步理解，可能會(huì)有一些認(rèn)知上的不足導(dǎo)致理解有誤。

　　實(shí)時(shí)渲染有兩種實(shí)現(xiàn)方式，延遲渲染（Deferred Rendering 適用于復(fù)雜的應(yīng)用）和正向渲染（Forward Rendering 適用于簡單的應(yīng)用）。在ue4中默認(rèn)使用的是延遲渲染，以下內(nèi)容也是基于延遲渲染的。

　　當(dāng)對(duì)象尺寸足夠小，距離鏡頭足夠遠(yuǎn)時(shí)，可以不進(jìn)行渲染，以提高性能。在UE4中，可以使用 剔除距離體積（Cull Distance Volume）來設(shè)置距離剔除。

　　提前計(jì)算出攝像機(jī)在各個(gè)位置時(shí)，actor的可見性，并存儲(chǔ)在場景中。在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)攝像機(jī)移動(dòng)到某一區(qū)域，可以立即獲取到當(dāng)前狀態(tài)下各個(gè)actor的可見性。適用于中小型、靜態(tài)對(duì)象較多、攝像機(jī)移動(dòng)區(qū)域受限的場景，用空間換時(shí)間。在UE4中開啟世界場景設(shè)置（World Settings） 預(yù)計(jì)算可視性（Preputed Visibility）后，使用預(yù)計(jì)算可視性體積（Preputed Visibility Volume）來實(shí)現(xiàn)這一功能。

　　這個(gè)環(huán)節(jié)要注意的就是繪制調(diào)用（Drawcall）次數(shù)，性能的控制和優(yōu)化就在于繪制調(diào)用的次數(shù)。一組相同屬性的多邊形是一次drawcall，一個(gè)材質(zhì)是一次drawcall，這里能做的就是合并模型減少繪制調(diào)用。

　　但是，合并模型會(huì)影響遮擋剔除、光照貼圖、碰撞檢測使他們更加復(fù)雜，還會(huì)增加內(nèi)存開銷。因此合并模型遵循以下原則：

　　1.使用次數(shù)多，面數(shù)少的網(wǎng)格體。（可以在 **窗口-統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)** 中篩選） 2.在同一空間內(nèi)。（不同空間的網(wǎng)格體合并后，會(huì)使遮蔽剔除和碰撞檢測變得復(fù)雜） 3.擁有相同的材質(zhì)。（不同材質(zhì)會(huì)導(dǎo)致多次繪制調(diào)用，合并了也不會(huì)有改善） 4.不需要碰撞或者碰撞體積簡單。 5.體積非常小或只接受動(dòng)態(tài)光照。 6.距離攝像機(jī)很遠(yuǎn)。（可以使用HLOD來實(shí)現(xiàn)）

　　另外，對(duì)于草地一類的需要大量重復(fù)繪制的網(wǎng)格體，可以使用實(shí)例化網(wǎng)格體組件(InstancedStaticMesh)來實(shí)現(xiàn)。

　　利用頂點(diǎn)著色器可以實(shí)現(xiàn)水面、風(fēng)吹草地的動(dòng)畫效果，在材質(zhì)編輯器中修改世界坐標(biāo)偏移。

　　三維模型最終要渲染到二維的屏幕上，三維到二維的轉(zhuǎn)換就叫做光柵化（Rasterizing）。

　　模型是由一個(gè)個(gè)三角形面構(gòu)成，光柵化就是要將一個(gè)個(gè)三角形對(duì)應(yīng)顯示在一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)上，在這里像素點(diǎn)是以2 * 2矩陣為最小單位進(jìn)行計(jì)算的，因此即使一個(gè)矩陣中只有一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)上了三角形，那其他三個(gè)點(diǎn)也會(huì)參與一次計(jì)算。如果一個(gè)矩陣的4個(gè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著4個(gè)三角形，此時(shí)就會(huì)有2 * 2 * 4次計(jì)算，4個(gè)像素點(diǎn)執(zhí)行了16次計(jì)算，這就是過度著色（Overshading)。

　　在ue4中可以使用視圖模式-優(yōu)化視圖模式-四邊形過度繪制來查看場景中的過度著色。

　　模型距離攝像機(jī)越來越遠(yuǎn)時(shí)，近大遠(yuǎn)小，他在屏幕上的繪制區(qū)域也會(huì)變小，三角形的密度就會(huì)變大。這就可以使用距離剔除和LOD來進(jìn)行優(yōu)化。

　　光柵化之后，就開始渲染圖像了，這些圖像就是GBuffer。從這時(shí)開始的計(jì)算，都不在基于幾何體了，而是基于GBuffer。

　　GBuffer是一組圖像，他包括靜態(tài)光照貼圖、法線貼圖、金屬色組合貼圖（R：金屬性，G：高光，B：粗糙度）、紋理貼圖、深度緩沖等10張圖像。如果你的游戲是60fps，那么每秒就會(huì)有600張圖像被渲染和傳輸。

　　如果紋理的寬高都是2的指數(shù)冪，那么ue4會(huì)在導(dǎo)入紋理時(shí)自動(dòng)生成多級(jí)漸進(jìn)紋理，多級(jí)漸進(jìn)紋理可以有效的改善模型縮小時(shí)產(chǎn)生的噪點(diǎn)。

　　著色器是一段運(yùn)行在GPU上的程序，像素著色器用來計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的值，廣泛應(yīng)用于渲染的每個(gè)步驟。材質(zhì)系統(tǒng)、光照、霧、反射、后處理、顏色校正等都是有像素著色器實(shí)現(xiàn)的。

　　ue4提供了很多HLSL的模板代碼，從而支撐起一個(gè)可視化材質(zhì)編輯器。通過在材質(zhì)編輯器中簡單拖拽編輯，然后編譯成著色語言。

　　像素著色器的渲染很慢，因?yàn)樯婕跋袼刂鞯墓ぷ鲀?nèi)容太多了。分辨率越高，材質(zhì)越復(fù)雜，影響也就越大（消耗 ≈ 像素點(diǎn)數(shù) * 材質(zhì)復(fù)雜度）。使用視圖模式-優(yōu)化視圖模式-著色器復(fù)雜度可以查看材質(zhì)的復(fù)雜度。

　　在場景中添加一個(gè)球體反射采集（Sphere Reflection Capture）或者盒體反射采集（Box Reflection Capture），然后構(gòu)建反射采集（預(yù)計(jì)算）。在游戲中用預(yù)編譯好的紋理，直接疊加到反射材質(zhì)上就有效果了（速度快）。但是，因?yàn)槭穷A(yù)編譯好的靜態(tài)文件，只有攝像機(jī)和反射采集對(duì)象在同一位置時(shí)才能看到反射的最佳效果，否則會(huì)產(chǎn)生偏移，并且反射的影像不會(huì)隨著場對(duì)象的移動(dòng)發(fā)生變化，因?yàn)樗穷A(yù)編譯好的靜態(tài)紋理（不精確）。而且攝像機(jī)一旦離開反射采集球體/盒體的范圍，就看不到反射效果了（只影響局部區(qū)域）。

　　添加一個(gè)平面反射對(duì)象（PlanarReflection）在光滑平面上，這個(gè)平面就可以精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)反射效果，但是反射到的內(nèi)容會(huì)被渲染兩次，導(dǎo)致渲染工作量翻倍。

　　特點(diǎn)：實(shí)時(shí)，有噪點(diǎn)，性能消耗很大，只能反射出當(dāng)前可見的幾何體（站在你后面的人，不會(huì)映在你面前的鏡子中（可怕））

　　像反射一樣，光照和陰影在實(shí)時(shí)渲染中也很難計(jì)算，需要占用大量硬件性能，并且計(jì)算速度慢，因此對(duì)于光照也會(huì)使用預(yù)計(jì)算/預(yù)渲染，生成光照貼圖，在渲染時(shí)和模型的底色貼圖相乘，這就是靜態(tài)光照。

　　7.靜態(tài)光照的質(zhì)量取決于光照貼圖分辨率和UV布局，UV布局可能導(dǎo)致光照貼圖出現(xiàn)接縫。而光照貼圖的分辨率會(huì)有上限，導(dǎo)致巨型模型沒有足夠的空間存儲(chǔ)貼圖和UV，為了避免浪費(fèi)，遠(yuǎn)距離的模型也不應(yīng)該使用高分辨率光照貼圖。

　　但是，這些光照貼圖都是基于已經(jīng)存在于場景中的靜態(tài)模型渲染的，如果在游戲運(yùn)行后，走過來一個(gè)模型，他是如何對(duì)光照做出反應(yīng)呢？

　　使用顯示-可視化-體積光照采樣可以查看ILC的存儲(chǔ)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)中就存儲(chǔ)了光照信息。在動(dòng)態(tài)模型的lightmass設(shè)置中可以設(shè)置間接光照緩存的質(zhì)量，從而確定如何使用場景中的ILC

　　1.最常用的類似就是常規(guī)動(dòng)態(tài)陰影（Regular Dynamic Shadows），設(shè)置為可移動(dòng)（Movat）并且打開投射陰影（Cast Shadows）的光源，就會(huì)生成常規(guī)動(dòng)態(tài)陰影，陰影特點(diǎn)是清晰甚至過于銳利。

　　2.逐對(duì)象陰影（Per Object Shadows）或者叫固定光源陰影---將光源的移動(dòng)性設(shè)置為固定（Statior）。固定光源陰影會(huì)通過靜態(tài)陰影和動(dòng)態(tài)陰影混合實(shí)現(xiàn)陰影效果，效果比常規(guī)動(dòng)態(tài)陰影柔和一些。

　　4.距離場陰影（Distance Field Shadows），級(jí)聯(lián)陰影雖然可以實(shí)現(xiàn)很好的過度效果，但是對(duì)于處理超遠(yuǎn)距離的陰影，還是有性能上的浪費(fèi)，這時(shí)就需要距離場陰影。距離場陰影使用距離場信息計(jì)算陰影，而不是幾何體信息，他的效果不夠精確，但是消耗低。需要打開項(xiàng)目設(shè)置引擎渲染LightingGenerate Mesh Distance Fields來生成體積紋理。

　　5.插圖陰影（Inset Shadow）他的本質(zhì)還是逐對(duì)象陰影，在一些動(dòng)態(tài)模型上能提供更高的陰影分辨率，角色通常會(huì)默認(rèn)開啟插圖陰影，這樣即使附近沒有適合的光源，也能投射出高分辨率的陰影。

　　7。膠囊體陰影（Capsule Shadow）非常簡單的陰影，消耗也非常低。

　　4.幾何體到光源的距離。（這個(gè)就是大量消耗性能的地方，需要用光源當(dāng)作攝像機(jī)，渲染出一張只有深度信息的360度全景貼圖）

　　然后用這4個(gè)信息合成一張陰影貼圖，再用這張陰影貼圖去和光照貼圖、法線貼圖、紋理貼圖等去混合，生成最終效果。這些都是像素著色器做的事情。

　　7.幾何體的面數(shù)會(huì)影響動(dòng)態(tài)陰影質(zhì)量，在陰影復(fù)雜的環(huán)境中，需要降低多邊形數(shù)量。

　　10.適當(dāng)混合使用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)光照。（例如將一個(gè)強(qiáng)度弱，范圍廣的靜態(tài)光源和一個(gè)高強(qiáng)度小范圍的可移動(dòng)光源組合使用，就可以實(shí)現(xiàn)近距離動(dòng)態(tài)，遠(yuǎn)距離靜態(tài)的效果。技術(shù)上來講，也可以用一個(gè)固定光源來代替這兩個(gè)光源。）

　　距離霧會(huì)隨著距離而消退。通過像素著色器將深度緩沖、霧的基礎(chǔ)色、光照和之前渲染的圖像混合在一起，就實(shí)現(xiàn)了霧的效果。

　　1.用正向渲染來渲染透明，再將結(jié)果混合到延遲渲染中。（修改材質(zhì)細(xì)節(jié)面板的光照模式為“正向著色”）

　　2.半透明的著色模型盡量不要使用“默認(rèn)光照”，而是用“無光照”并且改變自發(fā)光效果，手動(dòng)去適配周圍環(huán)境光。

　　在渲染的最后階段，再次使用GBuffer和像素著色器進(jìn)行渲染處理，這就是后期處理。在ue4的后期處理體積 PostProcessVolume中可以做出很多效果。

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