UE4中的RHI指的是Render hardware interface,作用像Ogre里的RenderSystem,針對Dx11,Dx12,Opengl等等平台抽象出相同的接口,我們能方便能使用相同接口對應不同渲染平台.
和以前一樣,先簡單介紹一些類與文件的作用,我們有個抽象的了解.
RHI.h :主要定義一些硬件平台的公共變量.
一是 硬件支持項,如是否支持PF_FloatRGBA格式渲染目標,手機平台是否支持FrameBuffer拾取,支持體紋理,支持硬件合並渲染等等.
二是 硬件變量,如最大Cube紋理數,陰影貼圖長寬最大值等等.
三是 常見渲染定義,如FSamplerStateInitializerRHI紋理采樣,FRasterizerStateInitializerRHI柵欄化(填充格式,正方向定義,MSAA),FDepthStencilStateInitializerRHI逐片斷處理中的模板與深度,FBlendStateInitializerRHI逐片斷處理中的混合.FRHIDrawIndirectParameters/FRHIDrawIndexedIndirectParameters DrawCall中相關參數.
DynamicRHI.h :包含FDynamicRHI接口定義，渲染所需求所有接口，創建buffer，創建紋理,設置着色器參數，UAV等，簡單來說，對應opengl，dx提供的渲染API,其DynamicRHI.cpp文件會根據平台(Windows,apple,android等等)來選擇加載合適的渲染平台(如Opengl,Dx,Vulkan等),在RHI模塊的private文件夾下,可能看到各個系統會如何選擇相應的渲染平台.
FRenderResource:定義接口如InitDynamicRHI /ReleaseDynamicRHI /InitRHI /ReleaseRHI /InitResource /ReleaseResource /UpdateRHI等渲染資源選擇實現函數.
RHICommandList相關文件是我們講RHI主要需要講的,在這我們先來分析出現的各個類.
FRHICommandBase: 主要定義一個函數指針，一個執行方法調用函數指針指向的函數。
函數指針：二個參數(FRHICommandListBase,FRHICommandBase)CallExecuteAndDestruct:傳入自己FRHICommandBase到時函數指針指向的方向.
FRHICommand: FRHICommandBase的一個模板子類,模板需要定義Execute方法,其方法只需要FRHICommandListBase,其會退化上面CallExecuteAndDestruct的FRHICommandBase參數,默認為自己.
FRHICommand的模板具體化,對應SetRasterizerState/SetDepthStencilState/SetShaderParameter等等,幾乎所有渲染API都有對應的FRHICommand的模板具體化實現.
FRHICommandListBase: 相應FRHICommandBase的鏈表實現,以及定義一些上下文如IRHICommandContext ,IRHIComputeContext ,並且有相關和RHI線程交互的API,RHI本身相應的FRHICommandBase與List都是存放在渲染線程中,RHI線程可以用於在渲染線程中同步執行異步的復雜操作,如壓入很多FRHICommandBase到渲染線程中執行,有些操作可以放入RHI線程中與渲染線程一起執行,在某段FRHICommandBase前,調用WaitForTasks等同步渲染線程與RHI線程,大家可以這么理解,RHI線程對於渲染線程就相當於渲染線程與游戲線程的關系,大家可以看我上篇UE4里的 渲染線程 ,看到如何在渲染線程里壓入RHI線程,如何用WaitForTasks與渲染線程同步等.
FRHICommandList: 簡單來說,所有用於渲染API幾乎都有二種方法,一種是插入FRHICommandListBase鏈表,一種是直接調用相應渲染平台對應FDynamicRHI的實現,在這說下,我看了下OpenGLDrv相應的FDynamicRHI實現,相應API如SetShaderParameter, SetDepthStencilState等等,並沒有直接調用相應的OpenGL的API,而是把相關改動放入一個FOpenGLRHIState的結構中保存起來,等到DrawCall(如RHIDrawPrimitiveIndirect等)相關命令調用后,才把各個改動對應opengl的API調用起來,如上的glProgramUniform等.
FRHIAsyncComputeCommandList: 多GPU的FRHICommandList實現。
FRHICommandListImmediate: 直接調用相應渲染平台對應FDynamicRHI的實現,對比FRHICommandList，主要是創建資源這一塊的FDynamicRHI封裝，可以看到它的一些函數都是以Create開頭的。
FRHICommandListExecutor: 簡單來說，管理FRHICommandListBase的幾個子類單例實現，方便查找到如上的FRHICommandListImmediate 與FRHIAsyncComputeCommandListImmediate 單例實現，一般我們看到渲染代碼里常見的如FRHICommandList/RHICmdList就是指的是FRHICommandListExecutor::GetImmediateCommandList().
在這，關於RHI的就先簡單了解下，RHI主要調用都在渲染線程中，不過也可以使用FRHICommandListBase鏈表與RHI線程來實現一些同步異步操作。其中渲染模塊中FRHICommandList/RHICmdList一般是FRHICommandListExecutor::GetImmediateCommandList()，這個是直接調用相關FDynamicRHI實現，一般並不與RHI線程交互。
介紹RHI模塊后，我們來看下渲染模塊的相關實現，在說下渲染模塊的實現前，簡單說下，UE4中大量用到C++ 的模版，除開自動生成各個分支代碼，還有二點，一是代替部分接口類，減少如虛函數表的性能，二是減少一些分支判斷，還是提高性能。但是會造成閱讀代碼比C#等語言驗證，主要在於有些模板你都不知道是那些類可以用等，還好，UE4里一般這種模板使用類都有相同的前綴或是后綴，我們可以記一些相同的前綴或后綴轉化成自己認為的接口實現。
我們先看一段代碼，是OpenGLDrv實現的FDynamicRHI子類FOpenGLDynamicRHI的RHIDrawPrimitiveIndirect，簡接繪制多組圖元集。
void FOpenGLDynamicRHI::RHIDrawPrimitiveIndirect(uint32 PrimitiveType,FVertexBufferRHIParamRef ArgumentBufferRHI,uint32 ArgumentOffset) { if (FOpenGL::SupportsDrawIndirect()) { VERIFY_GL_SCOPE(); check(ArgumentBufferRHI); GPUProfilingData.RegisterGPUWork(0); FOpenGLContextState& ContextState = GetContextStateForCurrentContext(); BindPendingFramebuffer(ContextState); SetPendingBlendStateForActiveRenderTargets(ContextState); UpdateViewportInOpenGLContext(ContextState); UpdateScissorRectInOpenGLContext(ContextState); UpdateRasterizerStateInOpenGLContext(ContextState); UpdateDepthStencilStateInOpenGLContext(ContextState); BindPendingShaderState(ContextState); SetupTexturesForDraw(ContextState); CommitNonComputeShaderConstants(); CachedBindElementArrayBuffer(ContextState,0); // Zero-stride buffer emulation won't work here, need to use VAB with proper zero strides SetupVertexArrays(ContextState, 0, PendingState.Streams, NUM_OPENGL_VERTEX_STREAMS, 1); GLenum DrawMode = GL_TRIANGLES; GLsizei NumElements = 0; GLint PatchSize = 0; FindPrimitiveType(PrimitiveType, ContextState.bUsingTessellation, 0, DrawMode, NumElements, PatchSize); if (FOpenGL::SupportsTessellation() && DrawMode == GL_PATCHES ) { FOpenGL::PatchParameteri(GL_PATCH_VERTICES, PatchSize); } FOpenGLVertexBuffer* ArgumentBuffer = ResourceCast(ArgumentBufferRHI); glBindBuffer( GL_DRAW_INDIRECT_BUFFER, ArgumentBuffer->Resource); { CONDITIONAL_SCOPE_CYCLE_COUNTER(STAT_OpenGLShaderFirstDrawTime, PendingState.BoundShaderState->RequiresDriverInstantiation()); FOpenGL::DrawArraysIndirect( DrawMode, INDEX_TO_VOID(ArgumentOffset)); } glBindBuffer( GL_DRAW_INDIRECT_BUFFER, 0); FShaderCache::LogDraw(0); } else { UE_LOG(LogRHI, Fatal,TEXT("OpenGL RHI does not yet support indirect draw calls.")); } }
前面說過，FOpenGLDynamicRHI是在DrawCall時，才把各個改動對應opengl的API調用起來，所以在這，我們可以看到一個渲染的完整過程，當然大家使用過Opengl或是DX直接寫過程序也是一樣，首先設定渲染目標，混合，設定viewport,設定柵欄化，設定逐片斷處理(深度，模板),綁定Shader程序，設定shader紋理，設置shader參數，綁定VAO，設定VAO,DrawCall,嗯，就是這么個過程，無論UE4如何包裝，每次DrawCall就是如上順序處理。
先說一下在渲染模塊里比較常見的類：
后綴Parameters: 二個主要方法，一是Bind,簡單來說，對應一個或多個參數Parameter與Shader代碼里參數綁定,對應opengl里的API就是如glGetUniformLocation。二是Set,簡單來說，上面綁定后，我們就可以傳入參數的值到GPU里，對應opengl里的API就是如glUniform等等。
模板類里的模板如果是后綴ParametersType,一般主要是指各個后綴為Parameters的類。
如下一些類寫了些自己了解，后查找資料時發現UE4官方文檔里 着色器開發 有說，比我說的清楚。
FVertexFactory: 用來表示頂點數據格式，頂點分布結構，頂點元素Buffer，DeclarationElementList數組，相關opengl的API如glVertexAttribPointer.從opengl3+來說，一般雖然可能有多個buffer,但是應該是在一個glgenbuffer中對應不同的區段而已。
方法Set: 只是告訴對應opengl里各個buffer的起點與終點，相應的如OffsetInstanceStreams/SetPositionStream都是類似。
FVertexFactoryType:表示網格類型，如 Local/Particle(三種sprite/beamtrail,mesh)/Landscape/GPUSkin等，
FMeshBatch: 一般來說，是一組相同頂點格式，相同材質的模型，一般可以使用GPU的實例渲染，減少DrawCall.
FShaderType: Global/Material/MeshMaterial (vertex/hull/demain/geomerty/pixel 一種)
FGlobalShader: 全局shader,簡單來說,不和mesh與Material關聯，一般用於后處理,固定畫個方塊啥的，如處理特效這種。
方法SetParameters: 設定Shader里的FViewUniformShaderParameters /FFrameUniformShaderParameters /FBuiltinSamplersParameters 參數。
FMaterialShader: 特定於過程的着色器，它們需要訪問材質的某些屬性，因此必須針對每個材質進行編譯，但不需要訪問任何網格屬性。如FLightFunctionVS，FLightFunctionPS等。
對比FGlobalShader，增加一個重載的SetParameters，包含材質對Shader的設置。
FMeshMaterialShader: 着色器是特定於過程的着色器，它們依賴於材質的屬性和網格類型，因此必須針對每個材質/FVertexFactory組合進行編譯。例如，TBasePassVS / TBasePassPS 需要對前向渲染過程中的所有材質輸入進行評估。
對比FMaterialShader，增加一個方法SetMesh,添加FMeshBatchElement,FVertexFactory對shader的設置，對應VertexFactory的Parameters針對Mesh填充不同的頂點信息。 如GPUSkin,填充骨骼信息到相應的shader參數中， 如MeshParticle，填充動畫加速度 ，時間等。以及填充模型本身的FPrimitiveUniformShaderParameters等共有信息，如FPrimitiveUniformShaderParameters:localToworld ,worldTolocal ,objectBounds, LOD，FadeTimeScaleBias等。
如下這些類表示渲染主要思路，預先一些相同的渲染方式，可以先緩存起來。
FMeshDrawingPolicy: 整合渲染模型過程，從綁定Shader到調用DrawCall,各個子類對應不同的獨立着色器程序。
1 初始化，根據需要生成或綁定各個對應的Shader.
2 SetSharedState,設定和Mesh無關的Shader變量。
3 SetMeshRenderState,設定和Mesh相關的Shader變量。
4 DrawMesh 調用DrawCall.
模板類里的模板如果是DrawingPolicyType,一般主要是指FMeshDrawingPolicy的各個子類。
FUniformLightMapPolicy: 封裝和光照有關渲染的Shader參數設置。
方法SetMesh:綁定相應光照計算上Shader的參數，如使用GI預計算產生的間接光照圖信息，直接光照圖信息，天空圖AO等。
TUniformLightMapPolicy: FUniformLightMapPolicy的模版子類，模版為ELightMapPolicyType，表示各種和光照有關，模版預生成多份代碼對應不同光照計算表示是否緩存，Shader預編譯指令。
enum ELightMapPolicyType { LMP_NO_LIGHTMAP, LMP_CACHED_VOLUME_INDIRECT_LIGHTING, LMP_CACHED_POINT_INDIRECT_LIGHTING, LMP_SIMPLE_DYNAMIC_LIGHTING, LMP_LQ_LIGHTMAP, LMP_HQ_LIGHTMAP, LMP_DISTANCE_FIELD_SHADOWS_AND_HQ_LIGHTMAP, // Forward shading specific LMP_DISTANCE_FIELD_SHADOWS_AND_LQ_LIGHTMAP, LMP_SIMPLE_DIRECTIONAL_LIGHT_AND_SH_INDIRECT, LMP_SIMPLE_DIRECTIONAL_LIGHT_AND_SH_DIRECTIONAL_INDIRECT, LMP_SIMPLE_DIRECTIONAL_LIGHT_AND_SH_DIRECTIONAL_CSM_INDIRECT, LMP_MOVABLE_DIRECTIONAL_LIGHT, LMP_MOVABLE_DIRECTIONAL_LIGHT_CSM, LMP_MOVABLE_DIRECTIONAL_LIGHT_WITH_LIGHTMAP, LMP_MOVABLE_DIRECTIONAL_LIGHT_CSM_WITH_LIGHTMAP, // LightMapDensity LMP_DUMMY };
TLightMapPolicy: Shader對應預編譯指令，是否緩存，模板為ELightmapQuality，有二個值，分別是LQ_LIGHTMAP，HQ_LIGHTMAP。
模板類里的模板如果是LightMapPolicyType，一般主要是指TUniformLightMapPolicy/TLightMapPolicy的各個子類。
如上一些基本比較重要的類就到此，在這我們重點說下FMeshDrawingPolicy這個類，從上面各個類的說明來看，可以看到把所有渲染基本類組合在一起，他的子類簡單說幾個，BasePassRendering ,CapsuleShadowing ,DepthRendering ,ForwardBasePassRendering ,VelocityRendering等等，還有別的帶Rendering的渲染，如DistortionRendering ,DeferredShading ,DecalRendering，ShadowRendering等等雖然和FMeshDrawingPolicy不同，但是過程其實真差不了多少。 在每個Rendering中，都有對應的VS，PS，HS等，這些根據需要分別從上面所說的FGlobalShader /FMaterialShader /FMeshMaterialShader繼承，簡單來說，后處理特效針對渲染目標的一般從FGlobalShader繼承，只針對Material不和具體Mesh有關的用FMaterialShader，最后針對模型渲染的從FMeshMaterialShader繼承。
按BasePassRendering說下，只簡單渲染emissive color與light map，對應的FMeshDrawingPolicy子類為TBasePassDrawingPolicy ，如上所說，針對Mesh產生的都繼承與FMeshMaterialShader生成的VS，PS等，因為光照有影響，我們看到相應的Shader都對應模版LightMapPolicyType，用於生成正確的Shader對應預編譯指令，如有無光照，光照質量，靜態或動態，陰影類型等。下面還定義一些與BasePassRendering相關的parameters,如天空盒相關參數，如上TBasePassDrawingPolicy在構造函數中得到或是生成上面的VS,PS，然后在SetSharedState時針對VS,PS設定參數，然后調用SetMeshRenderState針對每個FMeshBatch設定和Mesh有關的參數，然后提交DrawCall.
每個DrawingPolicy中，對應VS，PS等對應文件可以通過宏IMPLEMENT_SHADER_TYPE查看。
本文本來還准備更詳細講述一個基本的Rendering的過程，但是新項目時間緊，只是暫停查看，后面會仔細介紹一個完整流程，從陰影渲染，前向或是后向渲染選擇一部分來詳細介紹，包含大部分參數的含義與作用，不過大家熟悉如上的渲染線程再加個RHI與渲染模塊如上這些基本類，應該就能把UE4的源碼都聯系起來了。