图形学 UE5

UE5渲染

多线程模型

默认情况下，UE存在 Game Thread、Render Thread、RHI Thread，它们都独立地运行在专门的线程上（FRunnableThread）。

以场景中的一盏灯（ULightComponent）为例，它拥有完整的属性，可以被游戏逻辑随时修改（改变颜色、亮度）。

  1. 当灯光被创建或其属性发生变化时，游戏线程会创建一个 RenderProxy（如 FLightSceneProxy） 用于渲染线程使用。这个Proxy包含了渲染所需的数据（位置、颜色、强度等）的当前快照。
  2. 游戏线程将这个Proxy（或者更新命令）通过线程安全的命令列表（ENQUEUE_RENDER_COMMAND）发送给渲染线程。
  3. 渲染线程通常在下一帧使用这个Proxy进行渲染计算。渲染线程作为前端（frontend）产生的Command List是平台无关的，是抽象的图形API调用。
  4. 渲染线程将渲染命令添加到RHICommandList。RHI线程不断取出指令，向GPU发送，并阻塞等待结果。此时RHI线程虽然阻塞，但是渲染线程依然正常工作，可以继续处理向RHI命令列表 填充指令。RHI线程作为后端（backtend）会执行和转换渲染线程的Command List成为指定图形API的调用（称为Graphical Command），并提交到GPU执行。

这些线程处理的数据通常是不同帧的，譬如游戏线程处理N帧数据，渲染线程和RHI线程处理N-1帧数据：

但也存在例外，比如渲染线程和RHI线程运行很快，几乎不存在延迟，这种情况下，游戏线程处理N帧，而渲染线程可能处理N或N-1帧，RHI线程也可能在转换N或N-1帧。但是，渲染线程不能落后游戏线程一帧，否则游戏线程会卡住，直到渲染线程处理所有指令。

游戏线程和渲染线程代表

游戏线程的对象通常做逻辑更新，在内存中有一份持久的数据，为了避免游戏线程和渲染线程产生竞争条件，会在渲染线程额外存储一份内存拷贝，并且使用的是另外的类型，以下是UE比较常见的类型映射关系（游戏线程对象以U开头，渲染线程以F开头）：

Game ThreadRendering Thread
UWorldFScene
UPrimitiveComponentFPrimitiveSceneProxy / FPrimitiveSceneInfo
-FSceneView / FViewInfo
ULocalPlayerFSceneViewState
ULightComponentFLightSceneProxy / FLightSceneInfo

游戏线程代表一般由游戏游戏线程操作，渲染线程代表主要由渲染线程操作。如果尝试跨线程操作数据，将会引发不可预料的结果，产生竞争条件。

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/** SceneProxy在注册进场景时，会在游戏线程中被构造和传递数据。 */
FStaticMeshSceneProxy::FStaticMeshSceneProxy(UStaticMeshComponent* InComponent):
    FPrimitiveSceneProxy(...),
    Owner(InComponent->GetOwner()) <======== 此处将AActor指针被缓存
    ...

    /** SceneProxy的DrawDynamicElements将被渲染器在渲染线程中调用 */
    void FStaticMeshSceneProxy::DrawDynamicElements(...)
    {
        if (Owner->AnyProperty) <========== 将会引发竞争条件!  游戏线程拥有AActor、UObject的所有状态！！并且UObject对象可能被GC掉，此时再访问会引起程序崩溃！！
    }

部分代表比较特殊，如FPrimitiveSceneProxy、FLightSceneProxy ，这些场景代理本属于引擎模块，但又属于渲染线程专属对象，说明它们是连接游戏线程和渲染线程的桥梁，是线程间传递数据的工具人。

渲染一帧流程

  1. CPU第1帧开始，可见性剔除
  2. Early Z Pass（Depth only pass，和硬件的 Early Z 优化区分开），创建的第一个缓存区，叫“深度通道”，意味着我们可以在大多数材质的材质编辑器中访问场景深度
  3. Defer 渲染，生成 G Buffer，包括基础颜色、高光度、粗糙度、金属感，世界法线等等。这里如果场景中有静态光照，并且由Lightmass生成，那么这里还会用到因此创建的光照贴图
  4. 计算光照和阴影
  5. 雾和大气特效计算
  6. 半透明对象绘制
  7. 后处理

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/546968578

https://zhuanlan.zhihu.com/p/1983913933166354972

https://zhuanlan.zhihu.com/p/21291425593

https://www.bilibili.com/video/BV1VT421a7vw

《大象无形》

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