加速 VR 渲染地狱难度进阶篇：降低图形 API 调用次数

准备好，中文互联网终于有人开始严肃地讨论 VR 技术了。纯干货文章，直奔主题。

VR 渲染的难点是什么？

左眼和右眼看到的场景是不同的，因此同样的 API 需要调用两次。以 Oculus DK2 为例，头戴显示器分辨率为 1920 X 1080，viewport 均分为左右两部分，各为 960 X 1080。这意味着 CPU 和 GPU 的工作量相比传统三维游戏都要增加，如何降低额外的一次绘制的开销是这篇文章的重点。

VR 地狱有几层？

先来四层：

整个场景画两次：先绘制左眼看到的场景，然后绘制右眼看到的场景。

每个物体画两次：对于场景中的物体依次绘制，物体 1 左眼 -> 物体 1 右眼 -> 物体 2 左眼 -> 物体 2 右眼 -> 按照左右左右的顺序绘制。

硬件 Geometry Shader 技术：只绘制一次，用硬件 Geometry Shader 生成左右两个场景。

硬件 Instancing 技术：只绘制一次，用 instancing 技术生成左右两个场景。

第一层：整个场景画两次

优点－最容易实现

缺点－效率低下，不论是 CPU 还是 GPU。

左眼渲染结束后，同样的 API 在右眼部分依然需要重复。

第二层：每个物体画两次

优点－容易实现，可显著降低 API 调用，域名贴图、Shader、顶点缓存等不用修改。

SV_ViewportIndex 可以用于选择多个 Viewport。

缺点－ draw call 依然存在重复。

仅仅需要修改右眼的摄像机的状态（View Matrix）和视口（Viewport）。

第三层：硬件 Geometry Shader 技术

优点－看上去很美，硬件加速，不需要重复 API 调用。

缺点－需要修改 Shader 流水线以支持 GS，同时部分硬件平台不支持 GS，而且 GS 的效率非常糟糕（某显卡：怪我咯）！

第四层：硬件 Instancing 技术

优点－不涉及额外的状态切换，比 GS 快三倍！

缺点－不支持两只眼睛渲染到不同到 render target 上（暂时不是问题），同时老版本的 GLES 不支持

Instancing。Instancing 的特点是 CPU 只上传一次顶点数据，让 GPU 批量渲染多次。也就是场景中所有物体的 Vertex Buffer、Index Buffer、Texture 以及渲染状态只设置一次，一个物体也仅仅 draw 一次。

但是前面提到左右眼的 View Matrix 和 Viewport 是不同的，只 draw 一次怎么解决这个问题呢？

float4x4 WorldToEyeClipMatrix[2]; // 由 VR 设备的 SDK 获取
float4 EyeClipEdge[2]={(-1,0,0,1), (1,0,0,1)};
float EyeOffsetScale[2]={0.5,-0.5};
uint eyeIndex = SV_InstanceID & 1; // 最低位作为眼睛的索引值：0 为左眼，1 为右眼。
float4 clipPos = worldPos * WorldToEyeClipMatrix[eyeIndex];
SV_CullDistanceOut.x = SV_ClipDistanceOut.x = clipPos · EyeClipEdge[eyeIndex];
clipPos.x *= 0.5; // 渲染范围的宽度缩小一半
clipPos.x += EyeOffsetScale[eyeIndex] * clipPos.w; // 根据是左眼 or 右眼来向左 or 向右移动
clipPositionOut = clipPos;

复制代码

正确答案是这段 HLSL Vertex Shader 伪代码，详细的解释留待下一篇文章。

总共十八层的地狱，小张只探索到第四层，等大家打怪练级经验涨上去了，后续关卡会依次开放。

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