图形编程介绍

入门

虚幻引擎 中有许多渲染代码，因此要通过粗略的观察来迅速了解渲染状况是较为困难。阅读代码时，比较好的入手之处是"FDeferredShadingSceneRenderer::Render"，这是渲染线程中渲染新帧之处。此外，执行 profilegpu 命令并查看绘制事件也很有帮助。然后，您可以在 Visual Studio 中对绘制事件名称进行 Find in Files 操作，找出对应的 C++ 实现。

• 请参阅 着色器开发 了解更多关于着色器使用的信息。

• 请参阅 坐标空间 查看 Unreal Engine 中使用的坐标空间术语的解释。

执行渲染时实用的控制台命令（使用 ? 作为参数且当前状态不带参数时可获得帮助）：

执行渲染时实用的命令行：

模块

渲染器代码存在于其自身的模块中。此模块将编译为非单块版本的一个 dll 文件。这可以使迭代更快，因为在渲染代码变更时无需重新链接整个应用程序。渲染器模块取决于引擎，因为其拥有许多向引擎的回调。然而当引擎需要调用渲染器中的某些代码时，这会通过某个接口来完成，通常为 IRendererModule 或 FSceneInterface。

场景代表

在 Unreal Engine 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。

主要场景类

Unreal Engine 中拥有和游戏线程并行运行的 渲染线程。大多数将游戏线程与渲染线程连接在一起的类都会根据对相应状态拥有所有权的线程分为两个部分。

主要的类为：

下面按其所在的模块列出了各种主类。在尝试解决连接器问题时这些信息非常重要。

以及相同类（按哪个线程对其状态拥有所有权进行排列）。请务必随时了解您正在为其编写代码的状态的所有权属于哪个线程，避免出现竞态条件

材质类

基元组件和代理

基元组件是可视性和相关性确定的基本单位。例如，遮蔽和视锥剔除都是按基元进行的。因此在设计系统时，考虑组件的大小十分重要。每个组件都有一个边界，用于多种操作，如剔除、阴影投射和光照影响确定。

组件只有在注册之后才会对场景（以及渲染器）可见。更改组件属性的游戏线程代码必须调用组件上的 MarkRenderStateDirty()，将更改传播到渲染线程。

FPrimitiveSceneProxy 和 FPrimitiveSceneInfo

FPrimitiveSceneProxy 是 UPrimitiveComponent 的渲染线程版本，用于根据组件类型划分子类。它存在于引擎模块中，并在渲染通道中调用函数。FPrimitiveSceneInfo 是基元组件状态，为渲染器模块私有。

重要的 FPrimitiveSceneProxy 方法

场景渲染顺序

渲染器按照其希望将数据整合给渲染目标的顺序处理场景。例如，仅 Depth 的通道会比 Base 通道先渲染，先填充 Heirarchical Z (HiZ)，从而降低基础通道中的着色消耗。此顺序是按通道函数在 C++ 中调用的顺序静态决定的。

相关性

FPrimitiveViewRelevance 是说明哪些特效（即通道）与基元相关的信息。基元可能有存在不同相关性的多个元素，因此 FPrimitiveViewRelevance 相当于一个所有元素的相关性的逻辑 OR。这表示基元可以同时存在不透明和透明相关性，或动态和静态相关性；它们并非相互排斥。

FPrimitiveViewRelevance 还会显示基元是否需要使用动态 (bDynamicRelevance) 和/或静态 (bStaticRelevance) 渲染路径。

绘制规则

绘制规则包括通过通道特定的着色器渲染网格体的逻辑。它们使用 FVertexFactory 接口来抽取网格体类型，并使用 FMaterial 接口来抽取材质详情。在最底层，一条绘制规则会负责一组网格体材质着色器以及一个顶点工厂，将顶点工厂的缓冲区与渲染硬件接口 (RHI) 绑定，将网格体材质着色器与 RHI 绑定，设置适当的着色器参数，然后执行 RHI 绘制调用。

绘制规则方法

渲染路径

Unreal Engine 拥有动态路径（能够提供更多的控制，但转换较慢）和静态渲染路径（缓存尽可能靠近 RHI 级别的场景转换）。差异基本上是整体上的，因为它们都在最底层使用绘制规则。应确保各个渲染通道（绘制规则）在需要时能够同时处理两个渲染路径。

动态渲染路径

动态渲染路径使用 TDynamicPrimitiveDrawer 并对每个要渲染的基元场景代理调用 DrawDynamicElements。需要使用动态路径来渲染的一组基元通过 FViewInfo::VisibleDynamicPrimitives 来跟踪。每个渲染通道都需要在此阵列上迭代，并调用各个基元上的 DrawDynamicElements。随后，代理的 DrawDynamicElements 需按需要组合出多个 FMeshElements，并将其随 DrawRichMesh 或 TDynamicPrimitiveDrawer::DrawMesh 提交。这样最终会创建一个新的临时绘制规则，调用 CreateBoundShaderState、DrawShared、SetMeshRenderState 以及 DrawMesh。

动态渲染路径能够提供很高的灵活性，因为每个代理都在 DrawDynamicElements 中有一个回调（它可在其中执行特定于该组件类型的逻辑）。它的插入消耗极小，但遍历消耗很大，因为不存在状态排序，且不使用缓存。

静态渲染路径

静态渲染路径通过静态绘制列表实现。网格体在连接到场景时会插入到绘制列表中。在插入过程中，将调用代理上的 DrawStaticElements，以收取 FStaticMeshElements。随后将随 CreateBoundShaderState 的结果创建并存储一个绘制规则实例。新的绘制示例将根据其 Compare 和 Matches 函数排序，并插入到绘制列表中的适当位置（参见 TStaticMeshDrawList::AddMesh）。在 InitViews 中，包含静态绘制列表中的可见性数据的 bitarray 会初始化并传递到 TStaticMeshDrawList::DrawVisible（实际绘制绘制列表的地方）。DrawShared 只会对所有相互匹配的绘制规则调用一次，而 SetMeshRenderState 和 DrawMesh 会对每个 FStaticMeshElement（参见 TStaticMeshDrawList::DrawElement）调用。

静态渲染路径会将许多工作移动连接时间，这会大大加快渲染时的场景转换。在渲染线程上针对静态网格体时，静态绘制列表的渲染会快 3 倍，从而允许场景中出现多得多的静态网格体。由于静态绘制列表会在连接时间缓存数据，因此它们仅能缓存与视图无关的状态。很少重新连接但经常需要渲染的基元非常适合静态绘制列表。

静态渲染路径可能会暴露出 bug，因为它每个状态桶只调用 DrawShared 一次。这些 bug 可能会很难发现，因为它们取决于场景中网格体的渲染顺序和连接顺序。特别的视图模式（如仅光照、无光照等）会强制所有基元使用动态路径，因此如果在强制动态渲染路径时 bug 消失，则其很可能是由于某绘制规则的 DrawShared 和/或 Matches 函数的错误实现而出现的。

总体渲染顺序

下面将说明从 FDeferredShadingSceneRenderer::Render 开始渲染一个帧时的控制流程：

以上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。

渲染硬件接口 (RHI)

RHI 是平台特定的图形 API 之上的一个薄层。Unreal Engine 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。

功能集将量化到 ERHIFeatureLevel 中，降低复杂程度。如果平台无法支持某个功能层级所需的全部功能，则其必须降低层级，直至能够全部支持。

渲染状态分组

渲染状态根据其影响的流程部分而分组。例如，RHISetDepthState 可设置所有与景深缓冲相关的状态。

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，Unreal Engine 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

其他所有状态均视为已设置为其默认值（即相关 TStaticState 的定义，如默认的蜡纸模板状态由 RHISetStencilState(TStaticStencilState<>::GetRHI()) 设置。