专家解析手游渲染架构特点

如何让手游更省带宽，耗电量更少？渲染或是其中一个可突破的点。本文中，腾讯游戏学院专家Hailong将从为大家解析TBR渲染架构的特点。

什么是TBR？

全称是Tile Based Rendering，主要用在移动设备（手机、平板）上的一种渲染架构，渲染时将屏幕分割成小块，分别渲染。每块大小为16×16 或32×32等（不同产品各不相同），特点是省带宽，耗电小。

与之对应的是IMR（Immediate Mode Rendering），提交的每个渲染要求都会立即开始，这是一种简单而又粗暴的思路，优点缺点都非常明显，如果不用为性能担忧，这种方式会很省事。

片上缓存（On-Chip Buffer)

TBR设备在GPU内部集成有很小的片上缓存（On-Chip Buffer），片上缓存，在渲染时会先将一个Tile内的图像先渲染到片上缓存，然后在拷贝到主显存中。而IMR渲染则是直接由GPU操作显存。片上缓存相比于显存中的Frame Buffer具有更快的访问速度，但是只有很小的存储空间（16×16像素或32×32像素）。



与IMR相比，TBR在GPU上多出一块片上缓存。



IMR与TBR在渲染流程上的对比（红色阴影表示带宽消耗热点）

由上图可以看出，IMR和TBR在带宽消耗上有比较大的差异，左侧的IMR渲染时，Depth Test和Alpha Test等由于需要频繁访问显存，导致有很大的带宽消耗。而右侧的TBR渲染方式由于Depth Test和Alpha Test都只需要跟片上缓存交互即可，避免了和显存之间的带宽消耗。

Tiling（分块）

为了能够按照逐个Tile渲染，在一帧的绘图指令全部提交完成并经过顶点运算后后，会在记录下每个Tile中对应的Triangle List。并保存在FrameBuffer中，等待光栅化时从FrameBuffer读取相应的Tile的TriangleList进行处理。



Resove和Restore

由于GPU的片上缓存的存储空间非常有限，因此渲染完成一个Tile之后，需要将结果复制到FrameBuffer中，这个过程称作Resove。

如果一帧内需要多遍渲染时，在对Tile进行渲染的时候往往需要从FrameBuffer中将对应Tile中旧的数据读取到片上缓存，这个过程称为Restore。

Resove和Restore会导致大量的带宽消耗，需要尽量避免。

如果在渲染过程中需要频繁的切换FrameBuffer，要注意调用顺序，避免浪费带宽。





会导致Resove+Restore的OpenGL ES调用。

eglSwapBuffers

glBindFramebuffer

glTexImage2D，glTexSubImage2D,

glBufferData，glBufferSubData

glCopyTexImage2D ，glCopyTexSubImage2

glReadPixels()

（参考：Adreno_Developer_Guide.pdf第38页）

实例：为什么在Unity中使用Grap Pass实现屏幕扭曲非常慢?

由于Unity中的Grap Pass是插在渲染过程中的，每渲染一次，会调用一次glBufferSubData,会导致Resorve和Restore。

可能做的优化：

等场景全部渲染完之后再在最上层叠加一个扭曲效果。

跟其他后处理合并处理。

实例：关于后处理

每个后处理会导至少增加一次Resorve。

可能的优化：

将多种后处理效果放在一个shader中可以减少Resove发生次数。

某些效果低分辨率可以减少带宽。

实例：实时阴影

Shadow map方式实现的实时阴影，需要首先将摄像机放在光源处，将场景深度渲染到一张纹理上，因此除了draw call的增加外，带宽的增加也很多。

可能的优化：

使用更小的RT。

如果能接受的话，可以尝试镇魔曲中影子的做法，即将主角压扁，用黑色纹理渲出来。

减少带宽消耗的建议

1、减少顶点数和图片尺寸。

2、图片压缩（ETC，ATC，PVRTC等）。

3、除界面外，几乎所有贴图都建议生成Mipmap（减小带宽消耗，增加缓存命中）。

4、尽量减少Resove和Restore，尽量减小RenderTexture的尺寸。

全屏后处理

实时阴影（shadow map）

扭曲

实时反射

5、优化Shader。

使用低精度浮点数

TBR特有的两个OpenGL ES扩展

1、Framebuffer Fetch

允许Shader中直接访问片上缓存中当前的颜色和深度。

可以用来实现高效的Color Grading、高度雾之类。

2、Pixel Local Storage

允许在片上缓存中存储和读取自定义的数据格式，大小为每像素128字节或256字节。

可以用来实现高效的延迟光照渲染（在片上缓存中保存G-Buffer）。