UE4渲染管线代码初探

本篇笔记主要会以DeferredShadingRenderer.cpp文件的Render()方法为入口，探索UE4场景的渲染过程。

由于UE4的场景渲染过程复杂，这里主要专注于梳理流程，对于各个调用不会挖掘太深。不过会在之后去详细研究每一个模块。目前的建议是：对于各个模块（场景管理、灯光管理、阴影策略等）会以算法的角度去学习，而不是通过阅读代码。

对于每一个内容会直接截取原始代码进行注释说明。

总述

我们现在研究的是UE4渲染场景的流程，包含在下面的方法中：

void FDeferredShadingSceneRenderer::Render(FRHICommandListImmediate& RHICmdList)

该方法只有600行左右的核心代码，都会尝试做梳理，而不梳理的部分会引出其他章节或给出相关算法。

下面是相当简单概略的介绍。如需了解详情，请通读相关代码或输出的“profilegpu”日志。

硬件渲染接口RHI

RHI 是平台特定的图形 API 之上的一个薄层。UE4 中的 RHI 抽象层尽可能低，这样大多数功能都能以与平台无关的代码写成，从而能够在支持所需功能层级的任何平台上运行。

而我们代码中的资源最终会归结到RHI类型的资源，可以再官方RHI索引页面搜索到。

资源

在 UE4 中，渲染器所见的场景由基本组件和 FScene 中存储的多种其他结构的列表定义。将维护一个基元的八叉树，用于加速空间查询。

总体渲染顺序

这部分内容以官方文档中的总体渲染顺序为框架进行对照代码的细化、解释说明。

渲染状态默认值

由于渲染状态数量众多，要在每次绘制之前对它们全部设置一遍是不现实的。为此，UE4 具有隐性设置的一组状态，它们被认为是设置为了默认值（因此在变更后必须恢复为默认值），另外还有一组少得多的状态需要显性设置。没有隐性默认值的状态有：

RHISetRenderTargets
RHISetBoundShaderState
RHISetDepthState
RHISetBlendState
RHISetRasterizerState
由 RHISetBoundShaderState 设置的着色器的任何依赖性

SceneContext资源申请

按需要重新分配全局场景渲染目标，使其对当前视图足够大。

//可以看到需要从RHICmdList中申请我们需要的RenderTarget,这里是创建一个渲染目标对象
FSceneRenderTargets& SceneContext = FSceneRenderTargets::Get(RHICmdList); 
// 转化成可写
GRenderTargetPool.TransitionTargetsWritable(RHICmdList);
// 情况RenderTarget内容，确认buffer格式正确
SceneContext.ReleaseSceneColor();
// 进行相关资源、线程状态的检查
...
// SCOPED_DRAW_EVENT用于标注GPU的渲染代码块，用于调试和分辨渲染阶段。
/*
官方说明：
It is also useful to do a 'profilegpu' command and look through the draw events. You can then do a Find in Files in Visual Studio on the draw event name to find the corresponding C++ implementation.
*/
SCOPED_DRAW_EVENT(RHICmdList, Scene);
// 可以用引用这些统计数据名称的SCOPED_GPU_STAT宏检测渲染线程上的代码块
SCOPED_GPU_STAT(RHICmdList, Stat_GPU_Unaccounted);
// 继续资源申请
{
    SCOPE_CYCLE_COUNTER(STAT_FDeferredShadingSceneRenderer_Render_Init);
    // Initialize global system textures (pass-through if already initialized).
    GSystemTextures.InitializeTextures(RHICmdList, FeatureLevel);
    // Allocate the maximum scene render target space for the current view family.
    SceneContext.Allocate(RHICmdList, ViewFamily);
}
SceneContext.AllocDummyGBufferTargets(RHICmdList);

InitViews可见物体筛选

通过多种剔除方法为视图初始化基元可见性，设立此帧可见的动态阴影、按需要交叉阴影视锥与世界场景（对整个场景的阴影或预阴影）。

代码如下：

// Find the visible primitives.
bool bDoInitViewAftersPrepass = InitViews(RHICmdList, ILCTaskData, SortEvents);

这部分过程包括了遮挡剔除、透明物体排序等CPU端的处理，准备各种资源。

下面探索InitView代码内部：

PreVisibilityFrameSetup

ComputeViewVisibility

CreateIndirectCapsuleShadows

PostVisibilityFrameSetup

PrePass / Depth only pass

RenderPrePass / FDepthDrawingPolicy。渲染遮挡物，对景深缓冲区仅输出景深。该通道可以在多种模式下工作：禁用、仅遮蔽，或完全景深，具体取决于活动状态的功能的需要。该通道通常的用途是初始化 Hierarchical Z 以降低 Base 通道的着色消耗（Base 通道的像素着色器消耗非常大）。

Base pass

RenderBasePass / TBasePassDrawingPolicy。渲染不透明和遮盖的材质，向 GBuffer 输出材质属性。光照图贡献和天空光照也会在此计算并加入场景颜色。

Issue Occlusion Queries / BeginOcclusionTests

提出将用于下一帧的 InitViews 的延迟遮蔽查询。这会通过渲染所查询物体周围的相邻的框、有时还会将相邻的框组合在一起以减少绘制调用来完成。

Lighting

阴影图将对各个光照渲染，光照贡献会累加到场景颜色，并使用标准延迟和平铺延迟着色。光照也会在透明光照体积中累加。

Fog

雾和大气在延迟通道中对不透明表面进行逐个像素计算。

Translucency

透明度累加到屏外渲染目标，在其中它应用了逐个顶点的雾化，因而可以整合到场景中。光照透明度在一个通道中计算最终光照以正确融合。

Post Processing

多种后期处理效果均通过 GBuffers 应用。透明度将合成到场景中。

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