一：游戏渲染中的挑战#
二：了解 GPU#
1. SIMD（Single Instruction Multiple Data) 与 SIMT（Single Instruction Multiple Threads)#
- SIMD（单指令多数据流）：将多个相同通道的数据打包进入一个超大的寄存器，仅调用一条指令，让一个算术逻辑单元 （ALU）对这些数据执行相同操作
- SIMT（单指令多线程）：将大量独立线程组织成逻辑组，并行的对数据进行处理
2. GPU 架构#
- GPC（Graphics Processing Cluster）
- SM（Streaming Multiprocessor）
- Texture Units
- CUDA Core
- Warp
3. CPU 与 GPU 之间的数据流动#
在游戏引擎中有一个原则：尽可能只让数据单向传输，即只让数据从 CPU 传入 GPU，而不从 GPU 中读取数据并传输到 CPU
同时要利用好 Cache 的作用——因为如果 CPU 无法在自己的 Cache 中寻找到所需数据的话，就需要去内存寻找，而这会极大拖慢运行速度
Cache Hit：CPU 在缓存上找到数据 Cache Miss：CPU 无法在缓存上找到数据
三：可渲染物体#
组成：Mesh Primitive、Vertex Buffer 与 Index Buffer、Material、Textures、Shaders
对于一个 mesh，根据材质的不同，会被切分为多个 submesh；一个 buffer 用来存储一整个 mesh，而每一个 submesh 占其中一小段
但是如果对于每一个几何体，都开辟一个 buffer 去存储数据，会造成内存浪费（比如：多个物体共用一张贴图，但是却开辟了多个内存空间为每个物体单独存储一张相同的贴图）
将 Shader、Texture、Mesh 等数据放入一个 Pool 中，确保资源可以复用
四：可见性裁剪#
层次视锥剔除：Quad Tree Culling、BVH……
现代游戏中通常存在着大量可动的物体，因此包围结构不仅要能够进行快速地求交，更要能够执行快速地重建，而 BVH 恰好满足这几点，这也是现代游戏引擎中用的最多的算法
Portal and PVS Data：#
Portal（门）与 PVS（预计算可见性集合）都是经典的室内空间剔除技术，Portal 是在运行时由 CPU 沿着房间之间相连的“门窗”进行递归裁剪，只渲染视野穿过这些孔洞所能看到的区域；而 PVS 则是将世界切成网格，在离线阶段提前烘焙出每个网格点“可能看到”的物体列表，运行时玩家走到哪就直接 $O(1)$ 查表剔除，不耗费运行时算力。两者皆以结构的封闭性换取极致的渲染性能
GPU Culling：#
指的是将原本由 CPU 负责的画面可见性裁剪工作，完全移交给 GPU（通常利用 Compute Shader）来完成的技术。
在传统渲染管线中，CPU 需要逐个计算物体的包围盒是否在视野内，然后再向 GPU 发送渲染指令（Draw Call）。当场景中物体达到数十万级别时，CPU 会因庞大的计算量和频繁的提交产生严重的性能瓶颈。
而 GPU Culling 颠覆了这一流程：CPU 直接把场景中所有物体的数据一次性打包扔给显存，随后 GPU 利用自身恐怖的并行算力，在微秒级别内瞬间完成数十万物体的视锥体和遮挡测试，直接在显存中生成最终需要渲染的物体列表并自主绘制。
五：纹理压缩#
在游戏引擎中，图片不是以诸如 PNG、JPEG 等格式存在的，因为这些压缩方式并不支持随机访问，并且计算的复杂度非常高
实际用到的压缩技术是——Block Compression：
将一张图片分为多个色块（比如 4 x 4），对于每一个色块，只存储其中的像素的最大值与最小值，而其他像素可以认为是这两个像素值插值得到的结果
在 PC 上：有 BC7（modern）、DXTC（old）等
在移动端上：有 ASTC（modern）、ETC / PVRTC（old）等
六：建模工具#
七：新的模型管线#
Cluster-Based Mesh Pipeline#
核心思想是放弃以“单个三角形”或“整个模型（Mesh）”为单位的传统处理方式，改由将模型切分成固定大小的“网格簇（Cluster）”作为基础计算单元，并完全由 GPU 驱动进行并行渲染。
Nanite#
相当于是 Cluster-Based Mesh Pipeline 的更进一步
原文：渲染实践