UE4 Hi-Z遮挡剔除实现详细解析

Posted 2023-03-29 IChessChess

Hi-Z RenderTarget的生成

Pixel Shader处理Hi-Z RenderTarget情况：

InvSize：输入上一级（高等级）HiZ图的MinMap大小，（比如输入是512的MinMap0，输出是256的MinMap图）。

InputViewportMaxBound：采样的贴图UV最大边界，min作用防止采样超出贴图界限。

获取到上一级Minmap的4个深度后将最小的那个深度返回。

这里为什么不是0.5而是0.25，看下图就能够一目了然了。

float4 DeviceZ = Gather4(ParentTextureMip, ParentTextureMipSampler, BufferUV);

float FurthestDeviceZ = min(min(DeviceZ.x, DeviceZ.y), min(DeviceZ.z, DeviceZ.w));

图一计算出4个像素的深度，然后将最小深度输出到下一级MinMap。

Primitive裁剪信息存到GPU

将Primitive裁剪包围盒写到两张RT上：

bAllowBoundTest：表示在玩家视锥有效范围内的PrimitiveOcclusion

LastTestFrameNumber：记录Primitive在哪一帧被加入计算裁剪

HZBTestIndex：在这里调用AddBounds将裁剪包围盒添加到队列中，并返回当前自己在队列中的Index。

队列是顺序队列，按照顺序依次加入

FHZBOcclusionTester::Submit这里将会把所有Primitive的裁剪包围盒分别写到两张RT上（Center和Extent）。

填充方式：

Size：整张贴图的大小，目前ue给的256*256。

Block：大小是8*8，下图中绿色方块。

Cpu上会把裁剪包围盒的信息以Block*Block作为一块进行存储，并依次从贴图左上角从左往右填充，满了会换行继续填充，直到所有裁剪包围盒被填充完为止。

PS上裁剪测试：

首先根据根据Center和Extent两个值算出包围盒8个顶点的位置，然后将每个点转换到屏幕空间中，在将它们中3个维度的最小值和最大值存储到RectMin和RecMax中，XY用于后续计算MinMap使用，Z用于裁剪测试。

·根据RectMin和RectMax构造出在屏幕空间的矩形，因为NDC下的点是-1~1之间，所以乘0.5+0.5转到0~1之间。

·Hi-Z图Size的XY存储的是Hi-Z图这张图的分辨率，ZW存储的是1/HZB这张图的分辨率，因此RectPixels算出矩形在Hi-Z图这张图上所在的位置。

·然后通过最大减最小算出两条边的长度RectSize。

·最后通过拿到最长的那条边做Log2计算算出要使用哪一集MinMap。

HZBUvFactor的XY是当前Pass输出的宽高大小与HZB图大小的比值，所以Scale是图与Pass输出的适配，除3没看明白是为了什么，我猜应该是测试得出不会出现裁剪错误的个值。

然后通过采取HZB图在当前像素中周围16个像素，并获取最小深度那个值，最后与RectMax的做对比，如果裁剪包围盒最大深度小于HZB的16个像素中的最小深度，那么被遮挡

在下一帧的头部会把数据进行回读到Resultsbuffer。

接下来就是遮挡查询，前面提到的在AddBound的时候把LastTestFrameNumber保存了，这里利用这个值测试该Primitive是否在上一帧有参加遮挡剔除计算，然后将Index传入查询。

IsVisble里的查询其实就是将Index根据上面将裁剪包围盒存储到图中的方式逆向得出索引来索引ResultBuffer，最终获得遮挡结果。

移动端实现：

移动端最大的问题是回读、和设备兼容性的问题，这里不讨论兼容问题。

由于UE4的RHI线程往往会滞后Render线程一个InitView（4.27版本），如下图，第2帧的RHI在第3帧的Render线程InitView FlushRHI前才完成所有DrawCall提交，如果没完成Render线程会等RHI提交完成，所以理论上会在下一帧前保证指令发送到GPU上，如果是回读指令，这帧未必能读回，因为GPU有可能没有执行完，然后就要再等一帧，所以可能要过2帧才能读回。

保守起见回读延迟3帧。

创建3个RWBuffer：创建可读写的Buffer。

创建3个GPUBufferReadback：用于将RWbuffer中的数据回读到CPU。

为什么需要创建UAV类型的RWBuffer，因为移动端不支持RT的回读，但通过Computer可以操作UAV的Buffer回读。

然后在FHZBOcclusionTester::Submit函数中根据平台分一下回读的方式。

·首先% 3求余获取需要读到哪个Buffer上

·然后将GPU裁剪测试输出的结果RT，通过Computer Shader输出到RWBuffer,由于当前数据还是在GPU，所以使用GPUBufferReadback回读到CPU，仔细跟踪到opengl底层会发现回读方式使用的是PBO（Pixel Buffer Object）。

PBO细节：OpenGL深入探索——像素缓冲区对象 （PBO）_ShaderJoy的博客-CSDN博客_gl_pixel_pack_buffer

将回读的结果拷贝出来到数组中，PC平台调用的是void FHZBOcclusionTester::MapResults，这里需要改成如下，根据Buffer的大小将裁剪结果数据读回到，Buffer的大小是贴图的内存大小。

这里需要注意的是这里数据的获取是在Render线程的下一帧，也就是结果是Render线程提交的。

竟然是上一帧的为什么这里是ValidFrameNumber – 2而不是减3，如下图，在开启HZB遮挡剔除的情况下，ValidFrameNumber的递增是在ReadBackResults/MapResults之后的。

移动端实现细节就这样。

问题：在Meta（ios）机器上，如果你需要GPU跑60fps，当帧率低于60fps的时候回读的数据会有错乱，目前还未找出原因。

Hi-Z遮挡剔除学习后的分享，如有什么错误欢迎在评论区提出。