Unreal延迟渲染流程

发布时间: 2025-03-24 09:21

↑

# Unreal延迟渲染流程

本文将深入探讨Unreal引擎的延迟渲染(Deferred Shading)流程,包括G-Buffer构建、光照计算以及后处理效果。

## 延迟渲染架构

### 基础流程

```cpp
// 延迟渲染系统
class FDeferredShadingRenderer
{
public:
    // 渲染场景
    void RenderScene()
    {
        // 1. G-Buffer Pass
        RenderGBuffer();
        
        // 2. 光照计算
        RenderLighting();
        
        // 3. 后处理
        RenderPostProcess();
    }
    
 private:
    // G-Buffer构建
    void RenderGBuffer()
    {
        // 1. 设置渲染目标
        FRHICommandList& RHICmdList = 
            GetRHICmdList();
            
        RHICmdList.SetRenderTargets(
            GBufferTargets,
            SceneDepthTexture);
        
        // 2. 渲染几何体
        for(const auto& Mesh : 
            VisibleMeshes)
        {
            // 设置着色器
            SetGBufferShader(
                RHICmdList,
                Mesh);
            
            // 绘制网格
            DrawMesh(
                RHICmdList,
                Mesh);
        }
    }
    
    // 光照计算
    void RenderLighting()
    {
        // 1. 环境光遮蔽
        RenderAmbientOcclusion();
        
        // 2. 全局光照
        RenderGlobalIllumination();
        
        // 3. 局部光照
        RenderLocalLights();
    }
};
```

延迟渲染特性:

1. G-Buffer构建
   - 几何信息
   - 材质属性
   - 深度信息

2. 光照计算
   - 环境光遮蔽
   - 全局光照
   - 局部光照

### G-Buffer结构

```cpp
// G-Buffer结构
class FGBufferLayout
{
public:
    // 初始化G-Buffer
    void InitGBuffer()
    {
        // 1. 基础属性
        GBuffer.BaseColor = 
            CreateRenderTarget(
                PF_RGBA8);
                
        GBuffer.Normal = 
            CreateRenderTarget(
                PF_RGBA16F);
                
        GBuffer.Roughness = 
            CreateRenderTarget(
                PF_R8);
                
        GBuffer.Metallic = 
            CreateRenderTarget(
                PF_R8);
        
        // 2. 额外属性
        GBuffer.CustomData = 
            CreateRenderTarget(
                PF_RGBA8);
                
        GBuffer.Velocity = 
            CreateRenderTarget(
                PF_RG16F);
    }
    
    // 创建渲染目标
    FRenderTarget* CreateRenderTarget(
        EPixelFormat Format)
    {
        // 1. 创建纹理
        FRHITexture2D* Texture = 
            RHICreateTexture2D(
                ViewportWidth,
                ViewportHeight,
                Format,
                1,
                1,
                TexCreate_RenderTargetable);
        
        // 2. 创建渲染目标
        return RHICreateRenderTargetView(
            Texture);
    }
};
```

G-Buffer组成:

1. 基础属性
   - 基础颜色
   - 法线信息
   - 粗糙度
   - 金属度

2. 额外属性
   - 自定义数据
   - 速度信息
   - 材质ID

## 光照计算

### 全局光照

```cpp
// 全局光照系统
class FGlobalIllumination
{
public:
    // 计算全局光照
    void ComputeGI()
    {
        // 1. 环境光遮蔽
        ComputeAmbientOcclusion();
        
        // 2. 间接光照
        ComputeIndirectLighting();
        
        // 3. 光照混合
        BlendLighting();
    }
    
 private:
    // 环境光遮蔽
    void ComputeAmbientOcclusion()
    {
        // 1. 采样点生成
        TArray<FVector> SamplePoints;
        GenerateSamplePoints(
            SamplePoints);
        
        // 2. 遮蔽计算
        for(int32 Y = 0; Y < Height; ++Y)
        {
            for(int32 X = 0; X < Width; ++X)
            {
                // 获取位置
                FVector Position = 
                    GetWorldPosition(X, Y);
                    
                FVector Normal = 
                    GetWorldNormal(X, Y);
                
                // 计算遮蔽
                float Occlusion = 0.0f;
                for(const auto& Sample : 
                    SamplePoints)
                {
                    // 采样位置
                    FVector SamplePos = 
                        Position + 
                        Sample * SampleRadius;
                    
                    // 深度测试
                    if(IsOccluded(
                        Position,
                        SamplePos))
                    {
                        Occlusion += 1.0f;
                    }
                }
                
                // 写入结果
                WriteOcclusion(
                    X, Y,
                    Occlusion);
            }
        }
    }
    
    // 间接光照
    void ComputeIndirectLighting()
    {
        // 1. 光线追踪
        for(int32 Y = 0; Y < Height; ++Y)
        {
            for(int32 X = 0; X < Width; ++X)
            {
                // 获取信息
                FVector Position = 
                    GetWorldPosition(X, Y);
                    
                FVector Normal = 
                    GetWorldNormal(X, Y);
                
                // 发射光线
                FColor IndirectColor = 
                    TraceIndirectRay(
                        Position,
                        Normal);
                
                // 写入结果
                WriteIndirectLighting(
                    X, Y,
                    IndirectColor);
            }
        }
    }
};
```

全局光照特性:

1. 环境光遮蔽
   - 采样生成
   - 遮蔽计算
   - 结果混合

2. 间接光照
   - 光线追踪
   - 能量传递
   - 颜色混合

### 局部光照

```cpp
// 局部光照系统
class FLocalLighting
{
public:
    // 计算局部光照
    void ComputeLocalLights()
    {
        // 1. 光源剔除
        CullLights();
        
        // 2. 光照计算
        RenderLights();
        
        // 3. 光照混合
        BlendLighting();
    }
    
 private:
    // 光源剔除
    void CullLights()
    {
        // 1. 视锥体剔除
        for(const auto& Light : Lights)
        {
            if(!IsInViewFrustum(Light))
            {
                continue;
            }
            
            // 2. 遮挡剔除
            if(IsOccluded(Light))
            {
                continue;
            }
            
            // 3. 添加可见光源
            VisibleLights.Add(Light);
        }
    }
    
    // 光照渲染
    void RenderLights()
    {
        // 遍历光源
        for(const auto& Light : 
            VisibleLights)
        {
            // 1. 设置着色器
            SetLightingShader(
                Light);
            
            // 2. 设置参数
            SetLightParameters(
                Light);
            
            // 3. 绘制光源
            DrawLightVolume(
                Light);
        }
    }
};
```

局部光照特性:

1. 光源处理
   - 视锥体剔除
   - 遮挡剔除
   - 光源排序

2. 光照渲染
   - 着色器设置
   - 参数传递
   - 体积绘制

## 后处理效果

### 后处理管线

```cpp
// 后处理系统
class FPostProcessing
{
public:
    // 后处理流程
    void RenderPostProcess()
    {
        // 1. 色调映射
        RenderTonemapping();
        
        // 2. 景深效果
        RenderDepthOfField();
        
        // 3. 动态模糊
        RenderMotionBlur();
        
        // 4. 抗锯齿
        RenderAntiAliasing();
    }
    
 private:
    // 色调映射
    void RenderTonemapping()
    {
        // 1. 亮度适应
        ComputeAdaptation();
        
        // 2. 色调映射
        for(int32 Y = 0; Y < Height; ++Y)
        {
            for(int32 X = 0; X < Width; ++X)
            {
                // 获取HDR颜色
                FLinearColor Color = 
                    GetHDRColor(X, Y);
                
                // 亮度适应
                Color *= Adaptation;
                
                // 色调映射
                Color = ToneMap(Color);
                
                // 写入结果
                WriteLDRColor(
                    X, Y,
                    Color);
            }
        }
    }
    
    // 景深效果
    void RenderDepthOfField()
    {
        // 1. 散焦模糊
        for(int32 Y = 0; Y < Height; ++Y)
        {
            for(int32 X = 0; X < Width; ++X)
            {
                // 获取深度
                float Depth = 
                    GetSceneDepth(X, Y);
                
                // 计算散焦
                float CoC = 
                    ComputeCircleOfConfusion(
                        Depth);
                
                // 模糊采样
                FColor BlurColor = 
                    SampleBlur(
                        X, Y,
                        CoC);
                
                // 写入结果
                WriteColor(
                    X, Y,
                    BlurColor);
            }
        }
    }
};
```

后处理特性:

1. 基础效果
   - 色调映射
   - 景深效果
   - 动态模糊

2. 高级效果
   - 环境光遮蔽
   - 屏幕空间反射
   - 大气散射

元素码农