省頻寬、耗電小，騰訊遊戲學院專家解析手遊渲染架構

編者按 如何讓手遊更省頻寬，耗電量更少？渲染或是其中一個可突破的點。本文中，騰訊遊戲學院專家Hailong將從為大家解析TBR渲染架構的特點。

什麼是TBR？

全稱是Tile Based Rendering，主要用在移動裝置（手機、平板）上的一種渲染架構，渲染時將螢幕分割成小塊，分別渲染。每塊大小為16×16 或32×32等（不同產品各不相同），特點是省頻寬，耗電小。

與之對應的是IMR（Immediate Mode Rendering），提交的每個渲染要求都會立即開始，這是一種簡單而又粗暴的思路，優點缺點都非常明顯，如果不用為效能擔憂，這種方式會很省事。

片上快取（On-Chip Buffer)

TBR裝置在GPU內部整合有很小的片上快取（On-Chip Buffer），片上快取，在渲染時會先將一個Tile內的影象先渲染到片上快取，然後在拷貝到主視訊記憶體中。而IMR渲染則是直接由GPU操作視訊記憶體。片上快取相比於視訊記憶體中的Frame Buffer具有更快的訪問速度，但是隻有很小的儲存空間（16×16畫素或32×32畫素）。


與IMR相比，TBR在GPU上多出一塊片上快取。


IMR與TBR在渲染流程上的對比（紅色陰影表示頻寬消耗熱點）

由上圖可以看出，IMR和TBR在頻寬消耗上有比較大的差異，左側的IMR渲染時，Depth Test和Alpha Test等由於需要頻繁訪問視訊記憶體，導致有很大的頻寬消耗。而右側的TBR渲染方式由於Depth Test和Alpha Test都只需要跟片上快取互動即可，避免了和視訊記憶體之間的頻寬消耗。

Tiling（分塊）

為了能夠按照逐個Tile渲染，在一幀的繪圖指令全部提交完成並經過頂點運算後後，會在記錄下每個Tile中對應的Triangle List。並儲存在FrameBuffer中，等待光柵化時從FrameBuffer讀取相應的Tile的TriangleList進行處理。


Resove和Restore

由於GPU的片上快取的儲存空間非常有限，因此渲染完成一個Tile之後，需要將結果複製到FrameBuffer中，這個過程稱作Resove。

如果一幀內需要多遍渲染時，在對Tile進行渲染的時候往往需要從FrameBuffer中將對應Tile中舊的資料讀取到片上快取，這個過程稱為Restore。

Resove和Restore會導致大量的頻寬消耗，需要儘量避免。

如果在渲染過程中需要頻繁的切換FrameBuffer，要注意呼叫順序，避免浪費頻寬。



會導致Resove+Restore的OpenGL ES呼叫。

• eglSwapBuffers
• glBindFramebuffer
• glTexImage2D，glTexSubImage2D,
• glBufferData，glBufferSubData
• glCopyTexImage2D ，glCopyTexSubImage2
• glReadPixels()
• （參考：Adreno_Developer_Guide.pdf第38頁）
  

例項：為什麼在Unity中使用Grap Pass實現螢幕扭曲非常慢?

由於Unity中的Grap Pass是插在渲染過程中的，每渲染一次，會呼叫一次glBufferSubData,會導致Resorve和Restore。

可能做的優化：
等場景全部渲染完之後再在最上層疊加一個扭曲效果。
跟其他後處理合並處理。

例項：關於後處理

每個後處理會導至少增加一次Resorve。

可能的優化：
將多種後處理效果放在一個shader中可以減少Resove發生次數。
某些效果低解析度可以減少頻寬。

例項：實時陰影

Shadow map方式實現的實時陰影，需要首先將攝像機放在光源處，將場景深度渲染到一張紋理上，因此除了draw call的增加外，頻寬的增加也很多。

• 可能的優化：
• 使用更小的RT。
• 如果能接受的話，可以嘗試鎮魔曲中影子的做法，即將主角壓扁，用黑色紋理渲出來。
  

減少頻寬消耗的建議

1、減少頂點數和圖片尺寸。

2、圖片壓縮（ETC，ATC，PVRTC等）。

3、除介面外，幾乎所有貼圖都建議生成Mipmap（減小頻寬消耗，增加快取命中）。

4、儘量減少Resove和Restore，儘量減小RenderTexture的尺寸。

• 全屏後處理
• 實時陰影（shadow map）
• 扭曲
• 實時反射
• 5、優化Shader。
• 使用低精度浮點數
  

TBR特有的兩個OpenGL ES擴充套件

1、Framebuffer Fetch

允許Shader中直接訪問片上快取中當前的顏色和深度。

可以用來實現高效的Color Grading、高度霧之類。

2、Pixel Local Storage

允許在片上快取中儲存和讀取自定義的資料格式，大小為每畫素128位元組或256位元組。

可以用來實現高效的延遲光照渲染（在片上快取中儲存G-Buffer）。


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作者：Hailong  
來源：騰訊GWB遊戲無界
原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/AaFyeIb9ZCPyZzcKEhh1rw