概要

3DCGの資料で「Forward Rendering」「Deferred Rendering」って見かけますよね

なにやらDeferred Renderingだと処理が軽くなるらしい

本当に軽くなるのか、軽くなるケースはどういう場合なのか

気になったのでUnityで性能比較を行いつつ処理の違いをまとめました

著者

• Qiita: tsune2ne
• 5年ほどサーバエンジニア + 2年ほどUnity＋サーバをしてました
• ここ数年はパイプライン見たり環境構築したりしてます

サンプル１

用意したマップ

Blenderの勉強も兼ねて自分で作りました

• Terrainの機能で木と草を設定
• 木と草はLOD設定してるので離れるほど低ポリゴンになる
• ビルディングはこちらの動画を元に作成させていただきました
  • Modeling Buildings In Blender
  • 最適化してないのでポリゴン数がすごく多い
• ライトはDirectional Light１つ

カメラ視点

では早速カメラをForward/Deferredに切り替えてStatisticsの値を比べてみましょう

これで爆速になるに違いない

勝ったなガハハ

Statistics結果

Forward Rendering	Deferred Rendering

変化がない！！！！

それはそう

なぜならDeferred Renderingの強みを活かせてないから

本命は次！

サンプル２

マップ全景

• 基本的にはサンプル１と同じ
• Directional Lightを暗くして夜シーンに変更
• 街灯にPoint Lightを計４つ追加

カメラ視点

この状態でForward/Deferredの違いを見てみましょう

Forward Rendering結果	Deferred Rendering結果

ぜんぜん違う！！！！

SetPass callsの変化

	Forward	Deferred
サンプル１	281	284
サンプル２（Point Light 4つ追加）	3253	712

SetPass callsがForwardだと10倍以上増えてるのに、Deferredだと2倍程度で抑えています

FPSは本来60％Downのところを30%Downで止めてます （これはマシンスペックによって変わると思います

なぜこれほど差分がでるのか、これから解説していきます

技術解説

Forward Renderingのライティング

以下はForward Renderingを簡易的にフロー化しました

ライティングでは以下の計算を行います

1. オブジェクトのバウンティングボックスを元に影響のあるライトを探索
2. オブジェクトの全ピクセルにライティング処理
3. スクリーンスペースに変換してレンダリング

この処理をライトの数だけ行うので効率が悪くなっています

Deferred Renderingのライティング

以下はDeferred Renderingを簡易的にフロー化しました

ラスタライズ後にジオメトリ情報をG-Bufferにキャッシュ

G-Bufferを元にライティングする考えがDeferred（遅延） Rendering

1. スクリーンスペース変換されたG-Bufferに位置・法線・色を書き込み
2. ライト範囲内のピクセルのみライティング計算
3. レンダリング

ライトが増えてもG-Bufferを元にライティングするだけで済むので効率がいいのがわかります

Deferred Renderingの苦手なこと

• 半透明のオブジェクトを処理できない
  • G-BufferにAlpha情報を保持できない。保持しようと思うとメモリが必要になる
  • 代わりに部分的にForward Renderingを使うのがよい
• Directional Light１つだけならForward Renderingより性能が落ちる？
  • G-Bufferに各種情報を書き込んでからライティングしてるため、若干性能が落ちます。
• Unityでは平行投影でのDeferred Renderingはサポートされてない
  • 理由不明
  • UIで複数光源使うことを想定してないから？
• G-Bufferを確保するため一定のメモリを必要とする
  • 携帯端末では不利
  • Tiled-Base Deferred Renderなど省メモリな手法が考案されています

Deferred Renderingの得意なこと

• ライティングが変化するマップ・被写体
• 範囲が限定された光源を複数おく場合

夜の街を歩く場合はとくに効果が大きそうです

まとめ

ライトが複数あり、複雑なオブジェクトがライト範囲にある場合、

Deferred Renderingがかなり優位に働くことがわかりました

計測値を比較・検証したことで具体的に描画負荷を抑えれるケースを知れたので実践でも使えそうです

参考文献

• なぜなにリアルタイムレンダリング
• Unity Document ディファードシェーディングレンダリングパス
• 【Unity】ForwardレンダリングとDeferredレンダリングの違いを軽くまとめてみた
• Deferred Shadingについてまとめてみた
• oFでDeferred Renderingしてみよう

ビルディングはこちらの動画を元に作成させていただきました

• Modeling Buildings In Blender