レンダリングパイプラインについての詳細
フォワードレンダリングパスの詳細

ディファードシェーディングレンダリングパス

このページでは、ディファードシェーディング レンダリングパス を詳しく説明します。技術的な概要の紹介については wikipedia を参照してください。

概要

ディファードシェーディングを使用する場合、オブジェクトに影響を与えることができる光の数に制限はありません。すべての光は、ピクセルごとに評価されます。つまり、それらがすべて法線マップ等と正しく相互作用することを意味します。さらに、すべての光は、クッキーと影を設定することができます。

ディファードシェーディングには、ライティングの処理オーバーヘッドは光が照らすピクセル数に比例するという利点があります。これはオブジェクトを照らす数に関係なく、シーンの中の光のボリュームのサイズによって決定されます。したがって、パフォーマンスは、明りを小さくすることによって向上します。また、ディファードシェーディングは非常に一貫性のある予測可能な動作をします。光の効果はピクセルごとに計算されるので、大きな三角形で失敗するライティングの計算はありません。

不利な面は、ディファードシェーディングは、アンチエイリアシングのための実際のサポートがなく、半透明のオブジェクトを処理することはできないことです(これらは、フォワードレンダリング を使用してレンダリングされます)。さらに、メッシュレンダラーの Receive Shadows フラグにはサポートがありません。そのため、カリングマスクは限られており、 4つまでしか使用できません。つまり、カリングレイヤーマスクは、少なくとも、すべてのレイヤー数から 4つのレイヤーを引いた数です。よって、32レイヤーなら28を設定しなければなりません。そうしないと、グラフィックスのアーティファクトが発生します。

要件

Multiple Render Targets (MRT)、Shader Model 3.0 (以降)、デプスレンダーテクスチャへのサポートを伴うグラフィックカードが必要です。2006年以降に作られた GeForce 8xxx、Radeon X2400、Intel G45 などをはじめとする、ほとんどの PC グラフィックスカードはデファードシェーディングをサポートします。

モバイルでは、たいてい MRT 形式が使用されているため、デファードシェーディングはサポートされません (複数のレンダリングターゲットをサポートする GPU のいくつかは、かなり制限されたビット数だけしかサポートしません)。

注意: デファードレンダリングは、平行投影ではサポートされないため、設定されている場合は、カメラは常にフォワードレンダリングを使用します。

パフォーマンス考慮点

ディファードシェーディングでは、リアルタイムライトのレンダリングのオーバーヘッドは、光が照らすピクセル数に比例し、シーンの複雑さには依存しません 。そのため、小さな点やスポットライトをレンダリングするのは非常に軽量であり、それらが全部、または、部分的にシーンのオブジェクトによっておおわれる場合、さらに軽量になります。

もちろん、影のない光よりも影のある光がはるかに高価です。ディファードシェーディングでは、影を投影するオブジェクトは、影を投影するライトごとに一回以上レンダリングされる必要があります。さらには、影を適用するライティングシェーダーは、影を無効化した場合と比べて、レンダリングオーバーヘッドが大きくなります。

実装に関する詳細

Deferred Shading を使用する場合、Unity でのレンダリングプロセスは2つのパスで行われます。

  1. G-buffer Pass: GameObjects are rendered to produce screen-space buffers with diffuse color, specular color, smoothness, world space normal, emission and depth.
  2. Lighting pass: 以前に生成されたバッファは、エミッションバッファにライティングを追加するために使用されます。

このプロセスが完了した後、deferred shading を扱うことができないシェーダーを持つオブジェクトは、Forward Rendering パスを使用してレンダリングされます。

デフォルトの g-buffer レイアウトは次のとおりです。

  • RT0, ARGB32 フォーマット: Diffuse color (RGB), occlusion (A)
  • RT1, ARGB32 フォーマット: Specular color (RGB), roughness (A).
  • RT2, ARGB2101010 フォーマット: World space normal (RGB), unused (A).
  • RT3, ARGB2101010 (non-HDR) または ARGBHalf (HDR) フォーマット: Emission + lighting + lightmaps + reflection probes buffer.
  • Depth+Stencil バッファ.

だから、デフォルト g-buffer レイアウトは、160ビット/ピクセル (non-HDR) または、192ビット/ピクセル(HDR)があります。

カメラが HDR を使っていないとき、Emission とライティングバッファ(RT3)は、ARGB32 テクスチャで通常可能であるよりも大きなダイナミックレンジを提供するために対数的にコード化されます。

カメラが HDR レンダリングを使用しているとき、Emission + lighting バッファ (RT3) 向けに作成している別の Render Target がないことにご注意ください。代わって、カメラがレンダリングする(例:画像効果にパスされるもの)Render Target は、RT3 として利用されます。

G-Buffer パス

G-buffer パスは、それぞれのオブジェクトを一度レンダリングします。Diffuse colors、specular colors、surface smoothness、world space normal と emission+ambient+reflections+lightmaps は、G-buffer テクスチャにレンダリングされています。G-buffer テクスチャはシェーダーにより、後のアクセスのためにグローバルシェーダーのプロパティーとして設定されています( CameraGBufferTexture0 から CameraGBufferTexture3 )。

Lighting パス

Lighting パスは、G-buffer やデプスに基づいてライティングを計算します。Lighting は、スクリーンスペースで計算するので、それを処理すために要する時間は、シーンの複雑さとは無関係です。Lighting は emission バッファに加えられます。

カメラにニアクリッププレーン(近い平面)を交差しないポイントライトやスポットライトは3D 図形としてレンダリングされ、シーンに対する Z バッファテストが有効化されます。これにより一部あるいは全体がオクルージョンされたポイントライトやスポットライトはレンダリングが非常に軽量です。ニアクリッププレーンを交差しない Directional Light(指向性ライト)およびポイントライト・スポットライトはフルスクリーンの四角形としてレンダリングされます。

ライトの影が有効化されている場合、それらもレンダリングされパスに適用されます。影をレンダリングするのにも処理がかかることに注意してください。shadow caster(影の投影)もレンダリングする必要があり、より複雑なライトシェーダーも適用する必要があります。

Lighting モデルだけが利用可能なのが標準です。異なるモデルを望む場合、“Assets” フォルダー内の “Resources” という名前のフォルダーの中の Built-in shaders から、Internal-DeferredShading.shader ファイルの修正バージョンを配置することにより、照明パスシェーダーを変更することができます。そして、Edit->Project Settings->Graphics のメニューから Graphics ウィンドウを開き、“Deferred” のドロップダウン リストから “Custom Shader” を選択します。表示されたフィールドに使用するシェーダーを格納することで変更作業は完了になります。

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