Tuanjie Variable Rate Shading (VRS)
介绍
Tuanjie Variable Rate Shading (VRS)，用于动态调整图像中每个像素的渲染细节或“着色”速率，通过降低采样点数目，将一定数量的采样点作为一个Unit进行渲染，以此控制 Shading Rates。开启 VRSVirtual Reality More info
See in Glossary 后，可以在保证视觉表现的情况下，减少 GPU 的工作负担，从而提高渲染效率，特别是在资源有限的情况下。
团结引擎从 1.4.0 版本开始，全面支持 VRS。在 Tuanjie Editor 中，可以通过对不同的 Renderer 设置不同的 Shading Rate，从而实现屏幕的不同位置有不同的渲染速率，以达到降低 GPU 开销的目标。同时，除了支持自定义设置 Shading Rates 外，团结引擎提供了一种 Camera-Relative Shading 算法，开启后可以为未手动设置 Shading Rate 的 Renderer 自动计算近似 Shading Rate 值，以降低逐一手动修改 Renderer 的开发成本。
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适配平台及图形 API
Tuanjie VRS 目前已支持大部分主流平台及图形 API，并且引擎将根据不同的平台和不同的图形 API 自动调整可用的 Shading Rate。
注意： VRS 对于目标平台的适配，取决于目标平台系统的图形 API，请确保目标设备/平台对于图形 API 充分支持。
| 图形 API | 是否支持 | 版本要求 |
|---|---|---|
| OpenGLES | 支持 | 3.2及以上 |
| Vulkan | 支持 | Vulkan 1.2版本及以上 |
| DX11 | 不支持 | DX11 本身不支持VRS |
| DX12 | 支持 | / |
| Metal | 当前版本不支持 | / |
VRS 使用说明
如何开启 VRS 并设置 Shading Rate
在 Tuanjie Editor 中，依次点击 Project Settings >> Graphics >> Shading Settings，默认为关闭状态。
点击展开下拉菜单，选择开启VRS，有两种模式可以选择：
Custom Shading
开启后可以使用 VRS 功能，且可以自定义每个 Renderer 的 Shading Rate。
- 自定义 Shading Rate 的方法：
选中需要修改的 Renderer，在 Inspector 面板中，找到 Additional Settings，选择 Shading Rate 值。
共 9 个可选项：Size 1x1（表示每个采样点作为一个 Unit 进行渲染，渲染结果画面不变，与不启用 VRS 的表现相同）、Size 1x2、Size 2x1、Size 2x2、Size 1x4、Size 4x1、Size 2x4、Size 4x2、Size 4x4（表示每 4x4 的采样点作为一个 Unit 进行渲染，渲染结果画面最模糊）。
-
若不修改，默认 Size 1x1。
VRS Inspector
Camera-Relative Shading
开启后可以使用 VRS 功能，且默认使用 Camera-Relative Shading 算法，为未手动设置 Shading Rate 的 Renderer 自动计算近似 Shading Rate 值。
- Relative Rate Shading Level：
- 参数值（可选项）：Low、Normal、High
- 指定最终渲染质量，该值越高，渲染质量越高，渲染画面越清晰。
- Max Screen Area Ratio & Min Screen Area Ratio：
- 限制物体投影到屏幕上的最大有效覆盖值，超出范围的值将会自动设置为 Max Screen Area Ratio 和 Min Screen Area Ratio。
- 表示指定物体投影到屏幕上的有效覆盖值范围。它是一个相对值，并不直接对应于屏幕上的物理像素尺寸。
- Shading Rate 自动计算策略：
因不同的图形 API 支持的 Shading Rate 有差异，且部分图形 API 对 Shading Rate 并非全量支持，基于实际调试和研究结果，Camera-Relative Shading 算法对图形 API 原生不支持的 Shading Rate 自动计算均进行了统一处理，设置合理的 Shading Rate 值。
- 忽略硬件差异的情况下，各图形 API 对 Shading Rate 原生支持情况，以及Camera-Relative Shading 算法对非原生支持的 Shading Rate 处理后的替换 Shading Rate 取值如下表：（括号内为修改后）
- 对于标记为Cap的单元格，图形 API 会对该 Shading Rate 根据上限有条件地启用。
- Camera-Relative Shading 对不支持的值默认修改为 2x2
- 若硬件不支持 2x2，则修改为 1x1
| 图形 API / Shading Rate | 1x1 | 1x2 | 2x1 | 2x2 | 2x4 | 4x2 | 4x1 | 1x4 | 4x1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D3D12 | Y | Y | Y | Y | Cap (Cap/2x2) | Cap (Cap/2x2) | Cap (Cap/2x2) | N (2x2) | N (2x2) |
| Vulkan | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| GLES(EXT) | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y | Y |
| GLES(QCOM) | Y | Y | Y | Y | N (2x2) | Y | Y | N (2x2) | N (2x2) |
注意：
- 选择 Custom Shading 意味着每个 Renderer 会按照各自 Inspector 中设置的 Shading Rate 进行渲染。
- 选择 Camera-Relative Shading：
- 对于非默认 Shading Rate 值（已自定义）的 Renderer，引擎将按照自定义的 Shading Rate 对该 Renderer 进行渲染；
- 对于默认 Shading Rate 值（未修改/自定义）的 Renderer，引擎将启动 Camera-Relative Shading 算法，为未手动设置 Shading Rate 的 Renderer 自动计算近似 Shading Rate 值。
调试工具
在 Tuanjie Editor 中，依次点击 Window >> Analysis >> Rendering Debugger >> Rendering，Map Overlays 选择“Shading Rate Value Map”，可以开启 VRS Debug 工具。
开启后，Scene 窗口中将通过颜色实时展示当前每个 Renderer 使用的 Shading Rate 值。
Map Sizes：调试工具在 Scene 窗口中的占比，拖动以调整 Scene 窗口中调试工具大小。
-
Show Shading Rate Map：勾选后，打开 Shading Rate 颜色图例。
VRS Debug Tool Map
开启后，可在 Scene 窗口中实时查看当前场景中设置的 Shading Rate。
VRS 渲染结果示例
VRS 在保证视觉质量的前提下，优化 GPU 的开销。理论上，Shading Rate 越高，则渲染结果画面越模糊，GPU 的优化收益越大。 以下为同一场景中，全部开启最高程度（Shading Rate：Size 4*4）的 VRS 和不开启 VRS 的渲染结果对比。
推荐场景及用法
Tuanjie VRS 可针对场景中任一 Renderer 进行自定义设置并生效。VRS 的目标是降低 GPU 的 Fragment Instructions / Second 和 Fragments Shaded / Second。
- Fragment Instructions / Second : 每秒发出的片段着色器指令总数，是一个衡量 GPU 在每秒钟内处理片段着色器指令数量的性能指标，表示 GPU 在每秒钟内执行了多少片段指令。这个值越高，意味着 GPU 每秒处理的片段计算越多，渲染性能越好。
- Fragments Shaded / Second : 每秒渲染的片段数，衡量 GPU 在每秒钟内处理和渲染的片段数量的性能指标，表示 GPU 在每秒钟内能处理并渲染多少片段。这是一个反映 GPU 性能的关键参数，尤其是在执行片段着色器计算时。该值越高，表示 GPU 能够在单位时间内处理更多的片段，从而提高渲染帧率和整体性能。
Shading Rate 越高，则渲染结果画面越模糊。因此，推荐在渲染内容较重的场景中，对于非视觉重心的 Renderer，设置较高（如 Size 4x4）的 Shading Rate；对于视觉重心的 Renderer，设置较低的 Shading Rate（如 Size 1x1），以保证视觉质量。