Unreal Engine 5 - Render Dependency Graph (RDG)

RDG 是什麼

官方文件提到

渲染依賴圖（Rendering Dependency Graph，RDG）是一種基於圖形的排程系統，旨在對渲染管線進行整幀優化。

基本介紹

• RDG 於 Unreal 4.22 引入

• 前身是 Frame Graph ，在 2017 年的 GDC 中由 Frostbite Engine 提出

• RDG 的概念是不在 GPU 上立即執行通道 (Pass)，而是先收集所有需要渲染的通道，然後按照它們之間的依賴關係順序對圖表進行編譯和執行。過程中，系統會執行各種裁剪和優化操作。

為什麼要用 RDG？

• Render pipeline 越來越複雜，導致難以管理且性能不好

  • 隨著硬體性能日漸提升，各大廠商為了渲染出更出色的畫面效果，render pipeline 也日趨複雜。

• 硬體的體系結構以及圖形 API 的優化擴展無法得到充分的利用

  • 現代圖形API (如DirectX 12、Vulkan 和 Metal 2) 與傳統圖形API (如DirectX 11、OpenGL) 的主要區別在於現代圖形 API 將更多的 GPU 管理的責任轉移到應用程式的開發者身上，能夠更有效的利用有限的 GPU 資源，進而提升效能。

    • 傳統 API 和現代 API 的介紹

  • RDG 與現代圖形 API 的能力相結合，使 RDG 能夠在幕後執行複雜的排程任務：

    1. 執行異步計算通道的自動排程和隔離。
    2. 在幀的不相交間隔期間，使資源之間的別名 (Aliasing) 記憶體保持活躍狀態。
    3. 盡早啟動屏障和佈局轉換，避免管線延遲。

RDG 的原理

位於 RHI 和 Render Pass 的中間，RDG 作為 Pass 管理器，在搜集資源描述訊息後，對 Pass 和資源進行分析，並結合硬體特性，以最優的方式執行 Pass，主要有三個階段：

1. Setup

   • 蒐集 pass 的訊息(主要是該 Pass 使用到的資源)

2. Compile

   • Render Graph 的生成以及分析 (包含 Pass culling、Resources state 的最終生成、Async Compute 優化等等)

3. Execute

   • 將 Command 提交到 CommandList (包含設置 Barrier、平行優化等)

FRDGBuilder

• RDG 系统的心臟和驅動器，同時也是管家，負責儲存數據、處理狀態轉換、自動管理資源生命週期和屏障 (barrier)、裁剪無效資源，和收集、編譯、執行Pass，提取紋理或緩衝等等功能。

參考資料

• 剖析虚幻渲染体系（11）- RDG
• Rendering Dependency Graph
• UE5 Render Dependency Graph-实用指南