省带宽、耗电小，腾讯游戏学院专家解析手游渲染架构

作者：Hailong [/color] 2020-01-02

编者按 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）。


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作者：Hailong  
来源：腾讯GWB游戏无界
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