写主机世代演进的时候提到过延迟渲染。这次就给同学们讲一下移动平台延迟渲染的实现，并利用openGL扩展，充分优化延迟渲染的几个性能瓶颈。如果是有意从事引擎开发、TA的同学请一定把这些概念弄清。

回顾openGL ES 3.0

       要说openGL ES 3.0相比openGL ES 2.0的最重大进步之处，我个人认为有如下几个：

• VAO/UBO

• Instanced Rendering

• Tranform feedback

• Multiple Render Target

当然SSO,Immutable Texture Storage,half-float color,VTF等特性也都很重要

       而在这些新特性之中，MRT可以说是最重要的特性，因为它可以完全改变渲染的方式，产生新的可能性。而其他API一般是性能提升/用法改进，没有MRT的革命性。

Multiple Render Targets

       MRT，可以在一个drawCall向多张贴图进行渲染(至少为4)，MRT最主要的用途，就是实现各种上级渲染，比如Deferred Shading，forward+ Shading，Deferred+ Shading。

       延迟渲染一般分三个阶段：

1. Geometry State：几何阶段收集场景的color，normal，depth，albedo信息

2. Lighting Stage：估计每个像素影响的光照信息

3. Shading State：依靠光源信息来计算场景最终的颜色

       几何阶段代码实现

延迟渲染的优缺点：

• 优点：

• 能同时处理众多光源

• 提供稳定的帧率

• 缺点：

• 消耗大量的显存和带宽

• 光照阶段所有材质必须使用完全相同的光照模型

• 不能很好的支持半透明

• 不支持硬件抗锯齿

优化：使用Framebuffer Fetch

       延迟渲染在光照处理阶段，要对几何阶段产生的4个RT进行采样，需要消耗大量的带宽。可以使用 Framebuffer Fetch 扩展来减少采样时的带宽消耗。

       EXT_shader_framebuffer_fetch 语法：

       使用 Framebuffer Fetch 后渲染流程简化为入下图所示。

优化++：使用Shader Pixel Local Storage

       有了Framebuffer Fetch虽然可以减小硬件采样时的效率损失，但是还是要消耗大量的显存和带宽，优化要优化瓶颈，有没有处理这个问题的方法。当然有，就是 Shader Pixel Local Storage 。

       Shader Pixel Local Storage 是一个可以完全扭转MRT所有IO消耗的扩展。可以说，是一个神扩展。它的原理很简单，就是将数据存在GPU的片上缓存而不写入主存(显存)。当然原理听着简单，实现起来可并不容易。因为缓存很小也很贵。不过，得益于几乎所有主流的移动 GPU 都是 Tile based，以瓦片为单位存储消耗就很小了，在缓存上也完全存的下。

主流桌面GPU没有 Tile based，故桌面 GPU 也没有支持 Shader Pixel Local Storage 的，可惜。F+这种瓦片渲染普遍基于计算着色器实现，十分精细

       要使用Shader Pixel Local Storage，首先开启扩展

#extension GL_EXT_shader_pixel_local_storage : enable

       之后使用 Pixel Local Storage 存储结构代替MRT即可， Pixel Local Storage 存储结构和 shader io block 很接近，但是需要描述Qualifier和layout：

实例:

Pixel Local Storage 

Pixel Local Storage优化的延迟渲染完整shader实例代码(使用最基础的diffuse光照模型)

       几何处理阶段

       估算光源

       最终着色(resolve everything)

       Shader Pixel Local Storage和MRT性能比较：

小结

       本文标题是延迟渲染，所以实现的都是延迟渲染。依靠扩展实现延迟渲染，其实没那么费(但是半透明以及MSAA的问题依旧存在)。其实依靠移动平台的这些优势做F+优势更明显。到此，其实也能说明一个老生常谈的问题，那就是 openGL 其实没那么差。

       metal作为openGL的精神继承人，在继承AMD mantle API高效的同时，实现得比openGL还要简单，还吸收了MSAA depth/stencil resolve，framebuffer fetch, shader local storage等openGL扩展作为标准的一部分，充分说明了APPLE务实的作风。反观vulkan的设计，太学院派了，非常复杂不说，甚至相比openGL本身还出现了功能上的缺失真的不知道怎么评价。

APPLE metal设计之初的核心思路是让buffer格式被CPU和GPU同时支持，来处理openGL buffer在内存和显存之间的反复拷贝的问题，可以说一开始是很面向移动设备的。而AMD mantle最初的设计核心是让Pipeline state的状态一致可预测，减少Pipeline状态切换和状态检查的性能损失。补充一下，免得误导。

参考文献

1. Advances in OpenGL ES 3.0 - Apple iOS7 Tech Talks 2013

2. Deferred Rendering Techniques on Mobile Devices - Ashley Vaughan Smith[GPU pro 5]

3. Bandwidth Efficient Graphics with ARM® Mali™ GPUs - Marius Bjørge[GPU pro 5]