title: Visibility Buffer
date: 2022-04-07 12:00
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• 图形学笔记
• 渲染
  category: 图形学笔记

# Visibility Buffer

Visibility Buffer 解决了传统延迟渲染的几个问题：

1. 带宽高；
2. 对于可见性和着色阶段的不完美的分离，会造成 Overdraw；
3. 不能使用 MSAA。

Visibility Buffer 通常需要这些信息：

（1）InstanceID，表示当前像素属于哪个 Instance（16~24 bits）；

（2）PrimitiveID，表示当前像素属于 Instance 的哪个三角形（8~16 bits）；

（3）Barycentric Coord，代表当前像素位于三角形内的位置，用重心坐标表示（16 bits）；

（4）Depth Buffer，代表当前像素的深度（16~24 bits）；

（5）MaterialID，表示当前像素属于哪个材质（8~16 bits）；

以上，我们只需要存储大约 8~12 Bytes/Pixel 即可表示场景中所有几何体的材质信息，同时，我们需要维护一个全局的顶点数据和材质贴图表，表中存储了当前帧所有几何体的顶点数据，以及材质参数和贴图。在光照着色阶段，只需要根据 InstanceID 和 PrimitiveID 从全局的 Vertex Buffer 中索引到相关三角形的信息；进一步地，根据像该素的重心坐标，对 Vertex Buffer 内的顶点信息（UV，Tangent Space 等）进行插值得到逐像素信息；再进一步地，根据 MaterialID 去索引相关的材质信息，执行贴图采样等操作，并输入到光照计算环节最终完成着色，有时这类方法也被称为 Deferred Texturing。

VBuffer 管线有三个阶段：

• Visibility Passes： 对场景进行光栅化，将 Primitive ID 和 Instance ID（或 Material ID）保存到 ID Texture 里（顺手做个 Depth Prepass），也就是说只有可见的 Primitive 才会进入后续的阶段；
• Worklist Pass：构建并 Worklist，这一步是为了驱动下一步，将屏幕划分成很多 tile，根据使用到某个 Material ID 的 tile 加到该 Material ID 的 Worklist 里，作为下一步的索引；
• Shading Passes : 使用 Compute Shader 对每个 Material ID 进行软光栅，获取顶点属性并插值，然后再进行表面着色。

直观地看，Visibility Buffer 减少了着色所需要信息的储存带宽，此外，它将光照计算相关的几何信息和贴图信息读取延迟到了着色阶段，于是那些屏幕不可见的像素不必再读取这些数据，而是只需要读取顶点位置即可。基于这两个原因，Visibility Buffer 在分辨率较高的复杂场景下，带宽开销相比传统 G-Buffer 大大降低。但同时维护全局的几何、材质数据，增加了引擎设计的复杂度，同时也降低了材质系统的灵活度，有时候还需要借助 Bindless Texture 等尚未全硬件平台支持的 Graphics API，不利于兼容。