云边笔记

先给结论#

理解 UE5 的一帧，最稳妥的方法不是背 GPU Capture 中的 Pass 排列，而是追踪核心资源：

1
谁生产 SceneDepth？
2
谁生产 GBuffer 与 Velocity？
3
谁消费 Depth / GBuffer 得到 Shadows、GI、Reflections 和 Lighting？
4
SceneColor 在哪一步仍是 HDR / Pre-Exposed？
5
Temporal History 何时读入、何时写回？
6
内部渲染分辨率在哪一步变成输出分辨率？

默认 Desktop Deferred 的主干可以概括为：

1
Scene / View 更新
2
  → 可见性与几何前端
3
  → Depth / HZB
4
  → GBuffer / Velocity
5
  → Shadows + GI + Reflections + Direct Lighting
6
  → Atmosphere / Fog / Translucency
7
  → Temporal Upscale 与 Post Process
8
  → Tonemap / UI / Present

但它不是固定线性清单。Nanite、Early Z、DBuffer、VSM、Lumen、Hardware RT、Water、Translucency 位置、TSR 和 Async Compute 都会改变实际 RDG 拓扑。

一帧资源依赖总图#

这里把大量子 Pass 合并为功能节点。例如 Lumen 内部有 Scene Update、Surface Cache、Screen Probe Gather、Reflections 和 Temporal Filter；TSR 内部也有多个重投影、Reject、Resolve 与 History Pass。GPU Capture 中不应期待每个框只对应一个事件。

先认清五类资源#

View Rect 不等于 Texture Extent#

很多全屏 Shader Bug 来自把 Texture->Desc.Extent 当成当前 View 的有效区域：

1
Texture Extent：底层资源实际分配尺寸
2
View Rect：当前 View 在资源中的有效矩形
3
Screen Percentage：主渲染 View Rect 相对输出尺寸的缩放
4
Unscaled View Rect：输出 / 目标坐标中的 View 区域

分屏、VR、多 View、Dynamic Resolution、Editor Viewport、Scene Capture 和资源对齐都会让它们不同。Shader 采样应使用 View 提供的 UV Scale / Bias、Buffer Size 与 View Rect 参数，不能只除以纹理宽高。

阶段 0：Scene Update 与 View 准备#

这一阶段在 GPU Capture 中可能分散在 CPU 和 GPU：

• Game Thread 已把 Component 更新同步给 Renderer Scene；
• FSceneRenderer 为 View Family 建立 FViewInfo；
• GPU Scene 上传脏 Primitive / Instance 数据；
• InitViews 计算 Primitive Relevance；
• Instance Culling 与 Nanite 准备当前 View 的几何工作；
• View Uniform Buffer 写入 View / Projection、Jitter、Prev Matrix、Pre-Exposure 等。

它生产的不是最终颜色，而是后续所有 Pass 的可见集合和坐标约定。CPU 的 InitViews 很贵时，不能只在 GPU Profile 里找原因。

阶段 1：Depth、Stencil 与 Early Z#

阶段 2：HZB#

HZB 从 Depth 建立 Mip 金字塔。不同消费者可能需要当前或历史 HZB：

• Primitive / Instance Occlusion；
• Nanite Cluster Occlusion；
• Lumen Screen Traces；
• Screen Space Reflections / AO；
• VSM Page 或其他屏幕覆盖判断。

Capture 中可能存在多个 HZB、Furthest / Closest 语义或不同 View 的 HZB。必须从资源名、Format、Extent 和消费者确认，不能看到 HZB 字样就认定是同一张纹理。

阶段 3：DBuffer Decals（可选）#

DBuffer Decal 通常在 Base Pass 前读取 Scene Depth，把 Decal 属性写进独立 DBuffer；Base Pass 再读取并合并到材质输出。这让 Decal 能影响静态 / 间接光照相关材质属性，但引入：

• 对完整或足够 Depth 的依赖；
• DBuffer MRT 带宽与显存；
• Base Pass 额外读取和 Material Permutation；
• 大屏幕覆盖 Decal 的 Overdraw。

其他 Decal 路径可能在 Base Pass 后直接修改 GBuffer / SceneColor，实际阶段取决于 Decal Blend / Material 与平台支持。

阶段 4：Base Pass 与 GBuffer#

阶段 5：Velocity#

Velocity / Motion Vector 表达当前像素从上一帧到当前帧的位置变化，TSR、TAA、Motion Blur、Temporal Denoiser 等依赖它。

项目可配置 Velocity 在 Depth Pass、Base Pass 或其后单独 Pass 写入。选择影响：

• 几何是否重复提交；
• Masked / WPO 材质执行成本；
• Base Pass MRT 带宽；
• 静态对象是否需要写 Camera Motion；
• Nanite、Skeletal Mesh、Vertex Deformation 的支持路径。

错误 Velocity 的症状不只拖影，也可能是：

• 细节闪烁；
• 遮挡显露区域历史错误；
• WPO 物体留下残影；
• Camera Cut 后短暂污染；
• TSR History Rejection 过多导致不稳定。

阶段 6：Shadow Setup、Shadow Depth 与 VSM#

阴影支路可能在 Frame Graph 中与 Depth / Base Pass 交错，因为不同工作依赖不同输入：

• CPU / GPU 选择投影光源和 Shadow Caster；
• VSM 根据屏幕需求标记 Virtual Page；
• 分配或复用 Physical Page；
• 只为需要更新的 Page 渲染 Nanite / 非 Nanite Shadow Caster；
• 传统 Shadow Map / CSM / One-Pass Point Light 等走其他路径；
• Lighting 阶段采样阴影表示得到可见性。

VSM Cache 是跨帧状态，移动光、WPO、动画或 Primitive 更新可能让 Page 失效。Shadow GPU 时间必须同时解释“本帧渲染多少页”和“为什么缓存失效”。

阶段 7：AO、Lumen GI 与 Reflections#

阶段 8：Deferred Direct Lighting#

Direct Lighting 通常读取：

• GBuffer Material 与 Normal；
• Scene Depth / World Position 重建参数；
• Light Data / Light Grid；
• Shadow Mask、VSM 或 Ray Traced Shadow；
• Lighting Channels、Shading Model 与 Hair / Substrate 分类；
• AO、Sky Lighting、Reflection Environment 等相关输入。

然后以 Fullscreen、Light Volume、Tiled / Clustered 或 Compute 等方式把光累加到 HDR SceneColor。不同光类型和平台可能走不同实现，因此一个名为 Lights 的父事件下会出现多个 Draw / Dispatch。

阶段 9：Sky、Atmosphere、Cloud 与 Fog#

这些效果不总是简单排在“Lighting 后面”：

• Sky Atmosphere 可能生成 LUT，并在不同阶段合成；
• Volumetric Cloud 有自己的 Trace、Shadow 与 Temporal History；
• Exponential Height Fog 与 Volumetric Fog 使用不同数据；
• Fog 需要正确处理 Opaque Depth、Translucency 和 Sky；
• Aerial Perspective 可能在材质或后处理阶段应用。

用资源依赖判断：它读 Scene Depth / SceneColor / Lighting 的哪个版本，产出又被哪类 Translucency 或 Post Process 消费。

阶段 10：Water 与 Translucency#

透明物体通常不能像 Opaque 一样把唯一表面写进 GBuffer，因为一个像素可能有多层透明表面。常见路径包括：

• Standard Translucency；
• Separate Translucency；
• Before / After DOF Translucency；
• Single Layer Water；
• Hair / Volumetric / Niagara 专用路径；
• Distortion、Refraction 与 Translucency Lighting Volume。

其成本容易受屏幕覆盖、Overdraw、材质复杂度和分辨率放大。TSR 前后渲染的 Translucency 还需要不同的 History / Responsive 策略。

阶段 11：Post Process 与 Temporal Upscale#

Post Process 是一个依赖图，典型节点包括：

• Eye Adaptation / Local Exposure；
• Depth of Field；
• Temporal Upscaler（TSR / TAAU）；
• Motion Blur；
• Bloom、Lens Flare；
• Color Grading / Tonemap；
• Chromatic Aberration、Vignette、Film Grain；
• Spatial Upscale / Sharpen；
• User Post Process Material；
• HDR Output Transform。

顺序会受 Blendable Location、Translucency Pass、AA 方法、Primary / Secondary Upscale 和平台改变。自定义 Post Process Material 必须明确它插入 Tonemap 前还是后、输入分辨率和颜色空间是什么。

阶段 12：Tonemap、UI 与 Present#

Tonemap 把 Pre-Exposed HDR SceneColor 映射到目标显示范围，并结合 Exposure、Color Grading、Film Curve 与输出设备变换。Tonemap 后的值不再适合当作线性 HDR Lighting 数据使用。

随后可能发生：

• After Tonemap Post Process；
• Secondary Spatial Upscale；
• Slate / UMG / Debug Canvas 合成；
• HDR UI 亮度处理；
• Copy / Resolve 到 Back Buffer；
• Swap Chain Present 与 VSync。

GPU Present 时间高不一定是一个昂贵 Shader，也可能是在等待 VSync、Frame Pacing 或交换链。

条件化 Pass：为什么两台机器的 Capture 不一样#

比较 Capture 前必须把 Project Settings、Console Variables、RHI、分辨率和平台写入实验记录。

用 GPU Capture 给资源建立“户口本”#

对每个核心纹理记录：

先为 SceneDepth、主要 GBuffer、Velocity、SceneColor 和 TSR History 建五张卡片，就能解释大半帧图。

源码阅读地图#

文件名会随版本调整。最有效的追踪方式是从 GPU Event 名在源码搜索 RDG_EVENT_NAME，再反向找输入资源和调用方。

GPU Capture 对齐步骤#

1. 固定相机、分辨率、Screen Percentage、VSync、帧率上限和 Dynamic Resolution。
2. 等待 Shader / PSO、Texture Streaming、Nanite Streaming、Lumen / VSM Cache 与 Exposure 稳定。
3. 用 ProfileGPU 找大类，用 RenderDoc / PIX / RGP / Nsight 打开具体资源与 Dispatch。
4. 记录 Capture Frame 的 RHI、Feature Level、Project Settings 和关键 CVar Dump。
5. 从 SceneDepth → GBuffer → SceneColor → TSR Output → Back Buffer 追五条资源链。
6. 每次只切换一个 Feature，再在同一相机重抓。
7. GPU Queue 有重叠时，不把各 Event Duration 简单相加当作总帧时间。

Capture 工具会扰动 Barrier、Transient Aliasing、并行提交和时序；它适合解释工作，不一定提供最无扰动的性能数字。性能结论需与多帧统计和平台 Profiler 交叉验证。

七个可证伪实验#

故障定位表#

本篇建立的心智模型#

1
几何前端生产 Depth / GBuffer / Velocity
2
  → Shadows、AO、Lumen、Direct Lighting 消费它们
3
      → 得到 Pre-Exposed HDR SceneColor
4
          → Atmosphere / Fog / Translucency
5
              → Temporal History + Post Process
6
                  → Tonemap / Output Transform
7
                      → UI / Back Buffer / Present

下一篇单独拆 Nanite：Cluster Hierarchy 怎样选择细节，Two-Pass Occlusion 为什么需要 HZB，Hardware / Software Raster 如何协作，Streaming Page 与 Material Shading 又怎样回到本篇的 Depth 和 GBuffer 主线。

官方资料#

• Deferred Shading Renderer
• Rendering Overview
• Post Process Effects
• Screen Percentage with Temporal Upscale
• Temporal Super Resolution
• Temporal Upscaler Visualization
• EpicGames/UnrealEngine（需要 Epic 与 GitHub 账号授权）