【来点新鲜的】VR的渲染优化经验总结

文 / 逍遥剑客

在VR渲染中，需要为左右眼分别渲染两幅不同的画面。目前，大部分引擎采用直接渲染两遍的简单粗暴方式，然而，这种方式很难使性能达到75FPS（或90FPS）的要求。

以Oculus DK2为例，其原生分辨率为1920x1080，刷新率为75FPS。若开启超级采样（UE4默认135%），分辨率会提升至2592x1458，刷新率仍为75FPS。而Oculus的消费者版本和HTC Vive，分辨率和刷新率更是提升到了2160x1200@90FPS，推荐配置为GTX980。以135%的超级采样为标准计算，仅Color Buffer每秒的数据量就高达2160x1200x1.35x90x8 byte，约为2.34GB。这还未计算Post Processing中的多张Render Target以及Deferred Rendering的GBuffer、Light Buffer的数据量。

性能始终是VR渲染面临的最大挑战。秉持着能节省一点资源就节省一点的原则，以下是我总结的VR渲染优化方法：

减少重复渲染效果

尽管VR渲染需要生成左右两幅画面，但部分效果无需重复渲染两次，具体如下：

• Shadow Map（阴影映射）
• 部分Reflection（反射效果）
• Occlusion Query（遮挡查询）
• 大多数Post Processing（后期处理效果）

API层面的优化思路

多线程渲染的Command Buffer优化

若实现了多线程渲染，通常会有一个Command Buffer。可以直接分别以不同的View提交两次渲染任务。相较于针对每个物体分别提交两次的方式，这种方法能节省一些State切换开销。

Geometry Shader（几何着色器）的应用

使用Geometry Shader可直接将Mesh分成左右眼的部分，这样drawcall不会翻倍。不过，Geometry Shader的性能表现欠佳。

Instancing（实例化）技术

使用Instancing一次drawcall绘制两个Viewport，与Geometry Shader类似，但性能大约是其3倍。这些方法主要是减少API调用、State切换以及Vertex处理的消耗，那么如何减少瓶颈最大的Pixel处理消耗呢？

像素剔除与多分辨率着色

• Stencil Mesh剔除像素：Valve采用一个Stencil Mesh，成功剔除了17%的像素。
• Multi - Resolution Shading（多分辨率着色）：NVIDIA的GameWorks提供了Multi - Resolution Shading方法。其原理是，边缘的像素经过变形后会有一定损失，并且人眼对视线中心的像素更为敏感，因此可以降低周围一圈像素的分辨率进行渲染。通过这种方式，能够节省25%到50%的像素处理量。

硬件层面的优化

双GPU渲染支持

NVIDIA和AMD都推出了双GPU渲染的支持，即每块GPU负责渲染一只眼睛的画面。这种方式在提升渲染性能的同时，也引发了一些调侃，有人认为这或许是显卡厂商促进显卡销售的策略。

插值生成中间帧

SONY的PS VR在PS4的机能下实现了120FPS的渲染效果。实际上，这是通过60FPS的画面通过reproject插值出中间帧实现的，其原理与Killzone的Temporal Reprojection和Oculus的Timewrap类似。