UPL9-11——降低 Shader 填充率压力

回顾：关于填充率的优化思路

具体可见：UPL8——影响 GPU 性能的主要因素 的 填充率部分

  1. 降低要处理的像素（片元）数量

    1. 降低分辨率

      1. 动态分辨率（Dynamic Resolution Scaling）

        基本原理：
        在 GPU 压力大时，降低渲染分辨率，然后再放大到屏幕分辨率输出
        在 GPU 空闲时，提高渲染分辨率，获得更清晰的画面
        目标是保持 稳定帧率，URP 项目中有动态分辨率功能开关

      2. 注视点渲染（Foveated Rendering）

        基本原理：
        人眼的视觉分辨率，中央注视点区域最清晰，周边区域分辨率敏感度低
        在中央区域渲染高分辨率，在边缘区域渲染低分辨率，从而减少像素处理量
        一般 VR 项目中会使用
        一般 VR 设备会提供对应功能，通过设备 API 开启

      3. 降低项目分辨率

        基于目标设备，合理设定项目目标分辨率

    2. 减少或优化屏幕后处理效果的使用

      在 1/2 或 1/4 分辨率下渲染，或直接不使用

    3. 降低抗锯齿采样次数或关闭

      4×MSAA ——> 2×MSAA 或关闭

  2. 减少单个像素（片元）计算量

    1. 控制 Shader Pass 数量

      能合并的效果放在一个 Pass，避免片元被重复算

    2. 减少半透明的使用

      减少层数，必要时用 透明测试（AlphaTest）
      可见：US3S3L4——透明度测试

    3. 合理使用光照模式

      少用逐像素实时光照

    4. 减少纹理采样次数

      合并贴图、使用 Mipmap

  3. 避免无效像素（片元）计算

    1. 减少 OverDraw

    2. 优化UI系统

      减少叠层，避免全屏大半透明面板，合并图集减少 DrawCall

    3. 剔除不可见对象

      用 Occlusion Culling 和 视锥剔除

禁用不需要的特性

降低填充率压力的主要思路就是

  • 减少被着色的像素数
  • 减少每个像素的着色成本

而着色器中的透明度、深度写入、透明度测试、透明度混合等特性
都会增加每个像素的着色成本，会进行更多的计算和逻辑处理
因此，少一个特性就等于少一段像素级逻辑，可以有效降低片元着色器工作量

比如我们可以通过渲染标签、渲染状态禁用一些处理

  • 不投射阴影

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    Tags { "ForceNoShadowCasting" = "True" }

  • 关闭深度缓冲

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    ZWrite Off    // 不写入深度缓冲

等等

使用基于着色器的 LOD

我们可以强制 Unity 使用更简单的着色器来渲染远端对象，这是一种节省填充率的有效方法
特别是将游戏部署到多个平台或者需要支持多种硬件功能时

Shader LOD 就是给 Shader 提供多档复杂度版本
引擎根据全局或局部 Shader 的 maximumLOD 参数选择合适的 SubShader
从而减少片元计算开销，从而降低填充率压力

举例：

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Shader "Custom/LODExample"
{
    SubShader {
        LOD 300
        Pass {
            // 高级效果（带法线贴图、PBR 等）
        }
    }
    SubShader {
        LOD 150
        Pass {
            // 中级效果（只有 Diffuse + 简单光照）
        }
    }
    SubShader {
        LOD 50
        Pass {
            // 最低级效果（纯颜色/贴图）
        }
    }
}

在 C# 中：

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//全局修改：
Shader.globalMaximumLOD = 200;
//局部修改，只对某个 Shader 生效
Shader s = Shader.Find("着色器路径");
s.maximumLOD = 150;

使用光照剔除

光照相关的计算是着色器处理中的高开销项，灯光组件上有 Culling Mask (剔除遮罩，内置渲染管线) 或 Rendering Layer Mask (渲染图层蒙版，SRP管线)
他们的作用都是决定场景中哪些层级的对象会受到该光源影响，我们可以通过该参数让某些层不被对应光源影响
通过它们来限制光源影响范围，从而减少着色器中光照相关的计算

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谨慎使用实时阴影

实时阴影的渲染过程消耗是比较大的
因为在渲染底层，会渲染阴影贴图，片元阶段还会进行阴影贴图采样，进行过滤处理等等
因此尽量避免使用实时阴影，可以有效减少渲染和采样计算压力。

可以采用以下方式去优化：

  1. 烘焙光照阴影
  2. 降低阴影质量的方式

使用烘焙的光照纹理

实时光源计算会对渲染造成很大的压力，每个像素的计算量会很大
因此，通过使用烘焙光照纹理的方式，可以大幅减少每像素的实时光照计算与采样

  • 静态物体我们可以使用 光照烘焙贴图
  • 动态物体我们可以使用 Light Probe（光照探针）、Reflection Probe（反射探针）

等等

通过这些方式我们可以有效减少光照处理带来的压力

主要思路就是把实时的计算改为提前算好，从纹理中取出算好的颜色进行渲染

减少多重渲染目标 (MRT)

多重渲染目标 (MRT, Multiple Render Targets)，表示 一次绘制调用中，同时输出到多张 Render Target (RT)
比如：

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struct FragOut
{
    float4 color0 : SV_Target0;
    float4 color1 : SV_Target1;
    float4 color2 : SV_Target2;
};

FragOut frag()
{
    FragOut o;
    o.color0 = ...; // G-Buffer Albedo
    o.color1 = ...; // G-Buffer Normal
    o.color2 = ...; // G-Buffer Specular
    return o;
}

这样 GPU 一次片元着色，就能把结果写入多张纹理

MRT 一般用在

  1. 延迟渲染中使用

    G-Buffer 通常需要 3–5 张纹理存储不同的材质信息
    一次几何 Pass 写多个 RT，下一步光照 Pass 再利用这些数据

  2. 自定义特效

    需要同时输出颜色和 ID 贴图、或者存储额外的 Mask 数据

MRT 带来的开销：

  1. 填充率压力更大

    本来只写一个 RT（一次片元输出），现在要写 3–4 个 RT → 每个像素的写入次数成倍增加

  2. 显存占用更大

    每个 RT 都是一张纹理（可能是全屏大小），分辨率越高，显存压力越大

  3. 带宽受限时特别明显

    尤其在移动平台，GPU 的 ROP（光栅输出单元）数量有限，同时写多个 RT 可能导致瓶颈

因此我们应该 能不用 MRT 就不用
如果一定要使用，也应该通过纹理合并、纹理压缩、降低精度、避免无效输出 方式去进行优化
在移动平台上对 MRT 的支持有限，建议谨慎使用