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ue4基础教程 虚幻引擎 4 渲染流程分析教程
2018-05-10 13:53:23   来源:网络    评论:0 点击:

UE4作为当今商业引擎界的大佬,渲染和图形质量一直是首屈一指的水准,但是相对于unity来说UE4基本上是一套完整方案提供,不通过源码修改对渲染进行定制的可能性比较小,而且同时UE4这方面的文档很少,因此这篇文
UE4作为当今商业引擎界的大佬,渲染和图形质量一直是首屈一指的水准,但是相对于unity来说UE4基本上是一套完整方案提供,不通过源码修改对渲染进行定制的可能性比较小,而且同时UE4这方面的文档很少,因此这篇文章就是想通过分析UE4的渲染过程,来给大家针对自己使用ue4开发的游戏的内容特点做出优化带来启发。

      我们使用Renderdoc对UE4(PC,DX11)截帧,UE4的版本为4.18. 可以看到UE4一帧画面的渲染过程如下

 

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      可以看到的是整个渲染流程还是很清晰明了的,接下来就会逐步分析每个过程。

 

1.Z-Prepass
UE4在deferred shading 过程之前这个,会有一系列的culling过程剔除掉不需要的像素或者几何体,基本上可以猜测是UE4是为了减轻后期在deferred shadinggbuffer 生成中的庞大计算量,第一遍的zpass会先渲染一遍场景中的几何,用于生产SceneDepthZ以及HZB buffer,格式为R24G8TYPELESS

 

2.Compute light grid
在Pre-Z之后UE4会把场景中的灯光按照屏幕空间分成相应的grid,类似于cluster shading的方法,注意这里的grid只考虑点光源,聚光灯,以及reflection captures,UE4这一步是通过compute shader实现的,所以只在sm>5.0的平台上有。具体shader代码在LightGridInjection.usf,阅读代码之后我们可以发现 UE4的灯光空间grid的划分是按照指数增长的。也就是每个grid的z随着距离会增长。

在真正计算光照时,我们可以用GridIndex来快速决定某点是否受到灯光影响。Lightculling的方法在forward下对于提高灯光的渲染效率是十分有用的,但UE4在DS下仍然保有了这一个过程。其效果存疑,初步推测是为了和UE4新加的Forward renderer统一。

 

3.Occlusion query
这一步在light culling之后,和Pre-Z pass 不同的是,Occlusion query 主要在物体级别做culling。ue4同样使用的是hardware occlusion queries(GPU query)的技术。在这一个pass中,所有的不透明物体会被渲染为一个occluder(包围盒):

 

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在根据深度计算query之后,query的数据会传回cpu,我们就可以计算每个物体有多少像素可见。这样我们就能知道物体最终是否会被渲染。

在不透明物体的query pass之后。Unreal 还有一些其他的query pass,例如灯光(点光源)会有一个ShadowFrustumQUeries(一般是画一个球体)反射则有 PlanarReflection queries(一般是画一个 Cube)

 

4.HZB generation
接下来UE4会生成场景的Hi-z(Hierarchical Z),R16_Float 格式,这一步也就是对之前的zbuffer做连续的downsample。HZB buffer会在之后的计算中起到很多作用,特别是Image based 的lighting技术,例如SSR等等。

 

5.ShadowMap 渲染 
接下来的一步就是渲染shadowmap(shadowDepth,注意,这里指的是实时阴影的计算。根据UE4中灯光类型的不同,实时阴影的计算也有一定的差别。
UE4中的灯光类 型分为stationary, static,moveable三种,相应的每种灯光cast realtime shadow的方式也不同。

对于stationary light,静态物体的阴影会bake到static shadowmap,shadowmap只计算标记为动态物体的阴影,而对于dynamic light 会对所有物体投射阴影,而静态灯光不会产生实时阴影。

ue4首先会渲染方向光的阴影,一般会渲染3split的cascade shadow ,所以我们能在截帧信息看到split0, split1和split2,注意cascade split数目在ue4中也是可以在方向光参数中设置的变量。

 

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之后是stationary light的shadow渲染,注意这里只针对场景中的moveable的物体。

最后是对于movable light的渲染,对于movable的方向光,ue4仍然是cascade shadow map计算阴影,需要注意的是对于movable的点光源,ue4使用了cubemap shadowmap,在cubeshadowmap的第一个pass CopyCachedShadowMap中,ue4会直接cachecopy static物体的shadowmap,例如这个场景中

 

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