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RHI、RDG相关记录

本文转载自  查看原文  2021-08-14 19:10  860 

在这里插入图片描述

主要信息来自于 RDG101、UE Doc、一些博客 和 UE4.26的源码。文章中的图片主要来自于链接和源码截图。

https://epicgames.ent.box.com/s/ul1h44ozs0t2850ug0hrohlzm53kxwrz
https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/ProgrammingAndScripting/Rendering/Overview/
https://zhuanlan.zhihu.com/p/72086470
https://www.cnblogs.com/Saeru-Hikari/p/10898119.html
https://blog.csdn.net/leonwei/article/details/95527109
https://www.cnblogs.com/zhouxin/p/6418301.html
https://www.bilibili.com/read/cv5082163

1. RHI

RHI即Render Hardware Interface, 即渲染硬件接口, 是UE为实现跨平台而实现的一套API. 每个RHI接口都为OpenGL, Vulkan, DX11/12、Metal做了不同的实现. 在引擎初始化时使用的绘图接口就已经确定, 引擎就可以确定RHI所使用接口的版本。

1.1 RHI实例

创建RHI实例的方法的声明在DynamicRHI.h中
在这里插入图片描述
而这个方法的实现分散在对应平台的CPP文件中
在这里插入图片描述
编译时只保留目标平台的的源文件。

1.2 主要功能

1.2.1 渲染特性查询

对应在RHI.h、RHI.cpp中，包括当前显卡硬件的代号以及驱动版本，深度测试时获取深度, 体纹理, 硬件合并渲染, 对MSAA的支持, 对各种RenderTarget格式的支持程度, 乃至于光栅化等。

比如查询是否支持细分的方法：

// helper to check that the shader platform supports tessellation.
RHI_API bool RHISupportsTessellation(const FStaticShaderPlatform Platform);
...
RHI_API bool RHISupportsTessellation(const FStaticShaderPlatform Platform)
{
	if (IsFeatureLevelSupported(Platform, ERHIFeatureLevel::SM5))
	{
		return (Platform == SP_PCD3D_SM5) || (Platform == SP_XBOXONE_D3D12) || (Platform == SP_METAL_SM5) || (IsVulkanSM5Platform(Platform));
	}
	return false;
}

在使用Vulkan时，其依据就来自于创建物理设备之后，逻辑设备创建之前，Vulkan对Feature的一次查询

void FVulkanDevice::InitGPU(int32 DeviceIndex)
{
	LLM_SCOPE_VULKAN(ELLMTagVulkan::VulkanMisc);

	// Query features
	VulkanRHI::vkGetPhysicalDeviceFeatures(Gpu, &PhysicalFeatures);
	
	...
	CreateDevice();
	...
}

实际上，RHI模块大多数实现都在对应的 XXXRHI模块中。

1.2.2 API基础功能

对应在DynamicRHI中，基本上用API写渲染器时所用到的功能都有，创建 Shader、Buffer、SamplerState，Mips生成等等。
在这里插入图片描述

1.2.3 渲染资源封装

对应在RHIResources中。
基类FRHIResource封装了一些基础方法，主要有释放、延时释放、提交状态、引用计数、可用检测等等。

class RHI_API FRHIResource
{
public:
	...
	FORCEINLINE_DEBUGGABLE uint32 AddRef() const;
	FORCEINLINE_DEBUGGABLE uint32 Release() const;
	FORCEINLINE_DEBUGGABLE uint32 GetRefCount() const;
	void DoNoDeferDelete();
	static void FlushPendingDeletes(bool bFlushDeferredDeletes = false);
	bool IsValid() const;
	void SetCommitted(bool bInCommitted);
	bool IsCommitted() const;
	...
private:
	mutable FThreadSafeCounter NumRefs;
	mutable int32 MarkedForDelete;
	bool bDoNotDeferDelete;
	bool bCommitted;
	static uint32 CurrentFrame;
};

所有DynamicRHI.h中能创建的资源都有一个对应的FRHIResource子类：

typedef TRefCountPtr<frhisamplerstate> FSamplerStateRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhirasterizerstate> FRasterizerStateRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhidepthstencilstate> FDepthStencilStateRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiblendstate> FBlendStateRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhivertexdeclaration> FVertexDeclarationRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhivertexshader> FVertexShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhihullshader> FHullShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhidomainshader> FDomainShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhipixelshader> FPixelShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhigeometryshader> FGeometryShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhicomputeshader> FComputeShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiraytracingshader>          FRayTracingShaderRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhicomputefence>	FComputeFenceRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiboundshaderstate> FBoundShaderStateRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiuniformbuffer> FUniformBufferRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiindexbuffer> FIndexBufferRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhivertexbuffer> FVertexBufferRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhistructuredbuffer> FStructuredBufferRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitexture> FTextureRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitexture2d> FTexture2DRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitexture2darray> FTexture2DArrayRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitexture3d> FTexture3DRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitexturecube> FTextureCubeRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitexturereference> FTextureReferenceRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhirenderquery> FRenderQueryRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhirenderquerypool> FRenderQueryPoolRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhitimestampcalibrationquery> FTimestampCalibrationQueryRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhigpufence>	FGPUFenceRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiviewport> FViewportRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiunorderedaccessview> FUnorderedAccessViewRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhishaderresourceview> FShaderResourceViewRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhigraphicspipelinestate> FGraphicsPipelineStateRHIRef;
typedef TRefCountPtr<frhiraytracingpipelinestate> FRayTracingPipelineStateRHIRef;

每个都根据自身需要额外添加了一些方法和成员变量，比如有关Layout，Usage，SizeXY的等等。

1.2.4 渲染指令

1.2.4.1 FRHICommandBase 与 FRHICommand

FRHICommandBase 是CommanList链表的一个元素，ExecuteAndDestruct用于执行当前指令，而Next 指向了下一条指令。

struct FRHICommandBase
{
	FRHICommandBase* Next = nullptr;
	virtual void ExecuteAndDestruct(FRHICommandListBase& CmdList, FRHICommandListDebugContext& DebugContext) = 0;
};

而FRHICommand是一个模板类，需要模板TCmd实现方法Execute. 而此子类在执行ExecuteAndDestruct时会退化到参数类型TCmd, 执行TCmd下的Execute方法后自动析构, 这个过程也就实现了所谓"ExecuteAndDestruct"

template<typename tcmd,="" typename="" nametype="FUnnamedRhiCommand">
struct FRHICommand : public FRHICommandBase
{
#if RHICOMMAND_CALLSTACK
	uint64 StackFrames[16];

	FRHICommand()
	{
		FPlatformStackWalk::CaptureStackBackTrace(StackFrames, 16);
	}
#endif

	void ExecuteAndDestruct(FRHICommandListBase& CmdList, FRHICommandListDebugContext& Context) override final
	{
		TRACE_CPUPROFILER_EVENT_SCOPE_ON_CHANNEL_STR(NameType::TStr(), RHICommandsChannel);
		
		TCmd *ThisCmd = static_cast<tcmd*>(this);
#if RHI_COMMAND_LIST_DEBUG_TRACES
		ThisCmd->StoreDebugInfo(Context);
#endif
		ThisCmd->Execute(CmdList);
		ThisCmd->~TCmd();
	}

	virtual void StoreDebugInfo(FRHICommandListDebugContext& Context) {};
};

1.2.4.2 FRHICommandListBase与 FRHICommandList

FRHICommandListBase中定义了相应FRHICommandBase的链表实现,以及定义一些上下文如IRHICommandContext , IRHIComputeContext 。
还定义了渲染线程和RHI线程交互的API：

...
void QueueAsyncCommandListSubmit(FGraphEventRef& AnyThreadCompletionEvent, class FRHICommandList* CmdList);
void QueueParallelAsyncCommandListSubmit(FGraphEventRef* AnyThreadCompletionEvents, bool bIsPrepass, class FRHICommandList** CmdLists, int32* NumDrawsIfKnown, int32 Num, int32 MinDrawsPerTranslate, bool bSpewMerge);
void QueueRenderThreadCommandListSubmit(FGraphEventRef& RenderThreadCompletionEvent, class FRHICommandList* CmdList);
void QueueCommandListSubmit(class FRHICommandList* CmdList);
void AddDispatchPrerequisite(const FGraphEventRef& Prereq);
void WaitForTasks(bool bKnownToBeComplete = false);
void WaitForDispatch();
void WaitForRHIThreadTasks();
void HandleRTThreadTaskCompletion(const FGraphEventRef& MyCompletionGraphEvent);
...

RHI本身相应的FRHICommandBase与FRHICommandBaseList都是存放在渲染线程中,RHI线程可以用于在渲染线程中同步执行异步的复杂操作。比如：压入很多FRHICommandBase到渲染线程中执行；有些操作可以放入RHI线程中与渲染线程一起执行；在某段FRHICommandBase前,调用WaitForTasks等同步渲染线程与RHI线程 等等操作。

而FRHICommandList中有所有用于渲染的API指令封装，一般有二种方法,一种是插入FRHICommandListBase链表,一种是直接调用相应渲染平台对应FDynamicRHI中的实现。
比如：

...
FORCEINLINE_DEBUGGABLE void SetShaderTexture(FRHIComputeShader* Shader, uint32 TextureIndex, FRHITexture* Texture)
{
	ValidateBoundShader(Shader);
	if (Bypass())
	{
		GetComputeContext().RHISetShaderTexture(Shader, TextureIndex, Texture);
		return;
	}
	ALLOC_COMMAND(FRHICommandSetShaderTexture<frhicomputeshader>)(Shader, TextureIndex, Texture);
}
...

2. RDG

PPT上写的挺详细，这里主要总结一下。

2.1 Shader Parameters

Shader参数设置方法，大体上分两种，第一种是只有某个shader能访问的局部shader parmeters，另一种是能够全局访问的uniformbuffer，这两种是使用不同的宏来进行实现的。

2.1.1 如何用宏设置Shader Parameter：

在这里插入图片描述

2.1.2 自动对齐规则

每个成员都是按照其大小的下一个幂进行对齐的，但前提是大于4个字节：
指针是8字节对齐的（即使在32位平台上也是如此）；
浮点、uint32、int32是四字节对齐的；
FVector2D，FIntPoint是8字节对齐的；
FVector和FVector 4是16字节对齐的。
每个成员的自动对齐将不可避免地创建填充，如下面的注释所示：
在这里插入图片描述有自动合并对齐功能，但数组没有
在这里插入图片描述
可以手动通过调整顺序来减少自动填充的空间浪费
在这里插入图片描述

2.1.3 Parameter与Shader绑定

用SHADER_USE_PARAMETER_STRUCT
在这里插入图片描述
直接把宏放在类里，就不用码using那行了

2.1.4 如何设置参数

在这里插入图片描述

2.1.5 Uniform Buffer

在这里插入图片描述
UE会自动生成.ush文件，上图中IMPLEMENT_GLOBAL_SHADER_PARAMETER_STRUCT的第二个参数，是UBO在Shader里的名字。
然后在上面的Shader Parameters里引用UBO：
在这里插入图片描述

2.2 Render Graph Basics

2.2.1 创建和设置RenderGraph

下图中是创建FRDGBuilder与执行的代码。中间需要填充的便是具体执行内容。
在这里插入图片描述

2.2.2 创建和设置Texture

2.2.2.1 创建Texture

在这里插入图片描述
注意这里是渲染线程，Texture实际上是异步在RHI线程创建的，所以现在拿到的是个句柄。

2.2.2.2 创建SRV,UAV

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
着色器资源视图 (SRV) 和无序的访问视图 (UAV)是DX中的概念，DX没有碰过不是很了解，不过看概念映射到Vulkan应该是对应的Image View、Usage标志。

2.2.2.3 将Texture绑Shader上

在这里插入图片描述

2.2.3 在RDG上添加Pass

在这里插入图片描述分配参数→设置参数→管理参数到Pass

2.2.4 建立和绑定 Color、DepthStencil Target

首先要做的是将RENDER_TARGET_BINDING_SLOTS()添加到Shader Parameters里
在这里插入图片描述
然后设置参数时设置到RenderTargets数组里
在这里插入图片描述
DepthStencil是单独的
在这里插入图片描述

除了上面这种方法之外，还可以用之前UAV的方式：
在这里插入图片描述

2.2.5 IPooledRenderTarget的使用

控制纹理的分配的接口，有时需要将现有资源导入到RDG中（特别是在RDG转换过程中）。Builder公开RealStices外部纹理，它返回由现有渲染目标支持的RDG纹理实例：
在这里插入图片描述
还可以从FRDGTexture中提取rt指针。这允许您跨RDG调用保留资源的内容。但是，提取会延迟到图形执行完毕；这是因为在执行期间可能会根据图形中资源的生存期来分配资源。因此，API公开了QueueTextureExtraction，它允许您提供一个指针，该指针将在graph执行时填充：
在这里插入图片描述

2.2.6 创建和设置Buffer

2.2.6.1 普通Buffer

在这里插入图片描述
如果一个buffer使用了SHADER_PARAMETER_RDG_BUFFER_SRV().着色器只能通过SRV读取:
在这里插入图片描述

2.2.6.1 Indirect Draw/Dispatch Buffer

间接的draw / dispatch buffer比较特殊独特，因为它们不是由着色器直接使用的。相反，将它们声明为pass参数上的RDG缓冲区，然后直接在pass中使用RHI间接绘制缓冲区：
在这里插入图片描述

2.3 Pass Debugging and Methodology

未完待续

</tcmd*>


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