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 page を参照してください。

概要

デ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、クッキーと影を持つことができます。

デ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。これはどれくらいのオブジェクトを照らすかに関係なく、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。おのおのの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た方法でしかサポートされません。カリングマスクは 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 つの任意のレイヤーを引いた数を含まなければなりません。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、平行投影を使用している場合はサポートされません。カメラのプロジェクション モードが平行投影に設定されている場合は、その値は上書きされ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安価であり、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、さらに安価になります。

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、影を適用するラライティングシェーダーは、影を無効化した場合と比べ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

デファードシェーディングをサポートしないシェーダーを持つオブジェクトは、デファードシェーディングが終了した後に フォワードレンダリング パスを使ってレンダリングされます。

ジオメトリバッファ(g-buffer) のレンダーターゲット (RT0 - RT4) のデフォルトレイアウトは、以下のとおりです。データタイプは各レンダーターゲットのさまざまなチャンネルに配置されます。括弧内に使用されるチャンネルを表示します。

  • RT0, ARGB32 format: 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.

ですから、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。

混合ライティングに シャドウマスク または ディスタンスシャドウマスク モードを使用するとき、5  番目のターゲットを使用します。

  • RT4, ARGB32 形式: ライトオクルージョン値 (RGBA)

したがって、g-buffer レイアウトは、192 ビット/ピクセル (非 HDR) または、224 ビット/ピクセル(HDR)です。

ハードウェアが 5 つのレンダーターゲットを同時にサポートしない場合は、シャドウマスクの使用がフォワードレンダリングパスの代案です。 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するとき、エミッション + ライティングバッファ(RT3)のために別のレンダーターゲットは作成されません。代わりに、カメラがレンダリングするレンダーターゲットが RT3 として使用されます。

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 .. _CameraGBufferTexture3 names)。

Lighting パス

Lighting パスは、G-buffer やデプスに基づいて照明を計算します。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。

カメラのニアクリップに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安価です。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。影は“タダ”でない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。

利用可能なライティングモデルは Standard のみです。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、ライティング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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