今天我们来了解一下游戏中的三维图形渲染技术。
三维图形要显示在屏幕上，需要CPU向GPU发送绘制调用（DrawCall）指令，然后GPU按照CPU下达的指令，完成一系列的脏活累活，将模型的顶点坐标变换到屏幕空间的像素坐标，再根据纹理和光照信息给每个像素涂上颜色，这是三维图形显示的大致流程。一般将三维图形呈现在屏幕上的这个过程叫做“渲染”。
性能瓶颈
渲染过程中，性能瓶颈可能存在于CPU或者GPU。如果CPU跑得慢，GPU已经把上一个DrawCall吩咐的工作全部做完了，CPU还发不出下一条DrawCall，那么GPU就可以打酱油了，这时候性能瓶颈在CPU。如果GPU手脚慢，CPU已经发来新的一条DrawCall，GPU还没做完上一条DrawCall吩咐的工作，那新的工作就只能等到GPU完成手头上的工作才能开始，这时候性能瓶颈在GPU。GPU的性能瓶颈在硬件指标上体现为像素填充率和显存带宽。在制定性能优化策略时，要搞清楚瓶颈到底在哪边。对于CPU性能较低的移动设备，一般重点在DrawCall优化。
渲染路径
在渲染中，根据渲染的方法不同，得到的显示效果也不同。每种渲染方法都是一个严密的流水线过程，图形硬件按照既定的格式接收图形数据输入，对数据进行规定的运算，最终得到显示数据。对渲染方法的流水线过程的定义，叫做渲染路径（Rendering Path）。
渲染路径的各个阶段中，图形硬件对数据具体执行哪些操作，是通过着色器（Shader）代码定义的。就是在渲染路径的每步里面的具体操作了。
Unity提供了四种渲染路径：前向渲染、延迟着色、延迟光照、顶点光照。它们的特征大致归纳起来是：
前向渲染（Forward）：适用于光源较少、物体较少的场景，支持透明效果，支持绝大多数显卡
延迟着色（Deferred）：适用于光源较多的场景，物体较多的场景，效果最好，不支持透明，显存带宽要求高，老显卡不支持
延迟光照（Legacy Deferred）：延迟着色的变种，节约显存带宽，但增加DrawCall
顶点光照（Vertex Lit）：最简单，兼容性最好，不支持阴影和凹凸贴图
其中，前向渲染和延迟着色是主流的选择。项目的渲染路径在Build Settings - Player Settings - Other Settings - Rendering -Rendering Path选项中设置。另外，每个摄像机都可以单独设置渲染路径。
前向渲染和延迟着色的性能比较
我们用一个例子说明前向渲染和延迟着色的性能差异。下图的场景里面有1个方向光，8个点光源，9个不透明物体（4个方块，4个球，1个平面）。所有光源都是实时的，没有使用全局照明。图1是前向渲染，图2是延迟着色，可以看出图2的方块的凹凸感更加鲜明，而DrawCall开销更少。
在所有光源都被指定为重要光源的情况下，两种渲染路径的DrawCall数分别为：
前向渲染：120
延迟着色：50
两者的DrawCall数相差如此之大，原因在于两种渲染路径中在光照计算上需要耗费的DrawCall数的差异。
前向渲染中，物体的灯光计算总共需要的DrawCall数DCF是：
DCF = 照射在单个物体的灯光数 * 物体总数
而延迟着色中，物体的灯光计算总共需要的DrawCall数DCD是：
DCD= 物体总数 + 灯光总数
在这个例子中，物体总数是9个，灯光数也是9个，每个灯光能够照射每个物体，根据上面的公式，可以得到：
DCF = 9 * 9 = 81
DCD = 9 + 9 = 18
可见光照计算方式的差异，是造成两者DrawCall性能差异的主要原因。
那么前向渲染是不是就没救了呢？也不是。如果把所有点光源的RenderMode设置为Not Important，那么所有点光源的计算会被简化合并到一个DrawCall中，尽管画面效果要再打折扣，如下图，点光源合并之后就无法在球体上显示高光了。但DrawCall就可以大大减少到46，甚至低于延迟着色。
通过这个例子，我们可以知道，在动态光源较多的场景，使用延迟着色不仅可以得到更好的画面，而且还可以节约DrawCall。下一次，我们会进一步了解延迟着色和前向渲染的光照性能差异，并学习结合使用两种渲染路径来优化带有透明物体的场景的方法。
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