# URasterizer: 基于Unity平台的光栅化渲染器 本项目是在Unity上实现一套软件光栅化渲染，利用Unity的基础设施来读取模型、贴图，控制GameObject的变换，以及设置相机参数等，再通过软件光栅化来将场景渲染到一张贴图上。 URasterizer有三个独立的光栅化渲染器： * CPU Rasterizer 完全使用C#编写，在CPU上实现的单线程软件光栅化 * CPU Job Rasterizer 使用Unity的Job System和Burst Compiler，使用多个处理器核心执行经过编译优化的光栅化代码，性能大幅提升。 * GPU Driven Rasterizer 使用Compute shader实现整个光栅化流水线。GPU Driven模式的性能和直接使用Unity渲染相当。 本项目的目的是学习研究光栅化以及利用多核和GPGPU加速光栅化，GPU Driven算法主要是针对小三角形比较有优势，并不适合通用的光栅化。 * 本项目github仓库地址：https://github.com/happyfire/URasterizer * 图片不能显示请访问gitcode镜像仓库：https://gitcode.net/n5/urasterizer # 支持特性 (部分仅CPU Rasterizer支持) * Wireframe mode * Frustum culling * Clipping * Backfarce culling * Depth Test * 基于重心坐标的光栅化 * 透视校正插值 * 可视化Depth Buffer * MSAA * 纹理采样模式 Nearest & Bilinear * Blinn Phong着色 * 可视化顶点色 * 可视化法线 * 自定义几何图元 * 自定义顶点色 # 关于Job System 仅仅使用Job System就可以比单线程计算获得数倍的性能提升（测试场景中FPS从4提升到13）。将顶点处理和三角形处理两个过程使用并行Job实现，Unity Job System会自动调度到多个核心上执行。 使用Burst编译加速后，在同样的代码下，性能进一步提升（测试场景中FPS提升到85）。Profile中，每个triangle job的执行时间不到1ms，而不使用Burst时是20多ms。 ![job profile](URasterizer/Readme/job_brust_profile.png) # 关于GPU Driven 每个渲染物体组织相应的输入数据Compute buffer，渲染时分3个阶段启动compute shader kernel执行并行计算。中间计算的结果也保存在compute buffer中，不读回CPU内存，直接交下一阶段使用。 ## 基本流水线 * Clear Frame Buffer阶段：针对每个像素分配一个线程进行clear操作 * 顶点处理阶段：针对每个顶点分配一个线程进行顶点变换 * 三角形处理阶段：针对每个三角形分配一个线程进行clipping, backface culling, 光栅化以及像素着色 ## 存在的限制 * 由于是基于三角形分配线程，如果三角形很大，比如全屏后期处理的两个三角形，会造成性能急剧降低。 * 虽然每个物体是单独Dispatch的，但是CPU并不会等待同步，因此所有物体的所有三角形是并行的，因此无法指定渲染顺序，不支持半透明渲染。 # 项目截图 ## 渲染控制选项 ![Rendering Config](URasterizer/Readme/rendering_config.png) ## CPU 渲染效果（BlinnPhong着色） ![CPU BlinnPhong](URasterizer/Readme/cpu_blinnphong.png) ## Job System & Burst 加速 ![job](URasterizer/Readme/job_brust.png) ## GPU 渲染效果 ### FPS极大提高 ![GPU BlinnPhong](URasterizer/Readme/gpu_blinnphong.png) ### 在测试机上，远远没到瓶颈，渲染更多的三角形也不影响帧率 ![GPU BlinnPhong2](URasterizer/Readme/gpu_blinnphong2.png) ## 线框模式，使用自定义顶点色 ![wireframe](URasterizer/Readme/cpu_wireframe.png) ## 可视化顶点色 ![vertex color](URasterizer/Readme/cpu_vertexcolor.png) ## 可视化法线 ![cpu normal](URasterizer/Readme/cpu_normal.png) ## 可视化深度缓冲 ![depth view](URasterizer/Readme/cpu_depthview.png) ## MSAA ### 关闭MSAA ![MSAA disable](URasterizer/Readme/cpu_msaa_disable.png) ### MSAA 4x ![MSAA 4x](URasterizer/Readme/cpu_msaa_4x.png) ### 关闭MSAA，局部放大 ![disable MSAA enlarge](URasterizer/Readme/msaa_disable_enlarge.png) ### MSAA 2x, 局部放大 ![msaa 2x enlarge](URasterizer/Readme/msaa_2x_enlarge.png) ### MSAA 4x，局部放大 ![msaa 4x enlarge](URasterizer/Readme/msaa_4x_enlarge.png)