• 🙋‍♂️ 作者：海码007
• 📜 专栏：UE虚幻引擎专栏
• 💥 标题：【UE 渲染】什么是Draw Calls
• ❣️ 寄语：书到用时方恨少，事非经过不知难！
• 🎈 最后：文章作者技术和水平有限，如果文中出现错误，希望大家能指正，同时有问题的话，欢迎大家留言讨论。

0 引言

在Unreal Engine 4（UE4）以及其他图形引擎中，“Draw Calls”（绘制调用）是一个非常重要的概念，特别是在渲染性能优化方面。

1 什么是Draw Calls

Draw Calls是指CPU向GPU发出的绘制命令。每个Draw Call告诉GPU如何渲染一部分场景，包括使用哪些顶点、纹理、着色器等。简单来说，Draw Call是CPU与GPU之间的通信桥梁，用于指示GPU绘制特定的图形。

2 Draw Calls的工作原理

Draw Calls（绘制调用）是图形渲染管线中的一个关键概念，特别是在实时渲染和游戏开发中。理解Draw Calls的工作原理有助于优化渲染性能。以下是详细的工作原理解析：

2.1 渲染管线概述

现代图形渲染管线通常分为以下几个阶段：（渲染管线的流程划分标准有很多，不唯一）

1. 应用阶段（Application Stage）：在这个阶段，CPU负责准备渲染数据并发出Draw Calls。
2. 几何阶段（Geometry Stage）：GPU接收顶点数据并进行几何处理，如顶点变换、裁剪等。
3. 光栅化阶段（Rasterization Stage）：将几何数据转换为像素数据。
4. 片段阶段（Fragment Stage）：对每个像素进行着色处理。
5. 输出合并阶段（Output Merger Stage）：将处理后的像素数据写入帧缓冲区。

2.2 Draw Call的工作流程

以下是Draw Call在渲染管线中的详细工作流程：

1. 准备数据：

   • 顶点数据：包括顶点位置、法线、纹理坐标等。
   • 索引数据：用于定义顶点的连接方式，形成三角形。
   • 材质和纹理：定义物体的外观。
   • 着色器：用于计算顶点和像素的最终颜色。

2. 设置渲染状态：

   • 着色器程序：绑定顶点着色器和片段着色器。
   • 纹理和材质：绑定所需的纹理和材质。
   • 渲染目标：设置帧缓冲区或渲染目标。

3. 发出Draw Call：

   • API调用：通过图形API（如DirectX、OpenGL、Vulkan等）发出绘制命令。例如，在OpenGL中使用glDrawElements，在DirectX中使用DrawIndexed。
   • 命令缓冲区：绘制命令被放入命令缓冲区，等待GPU处理。

4. GPU处理：

   • 顶点处理：顶点着色器对顶点数据进行变换和处理。
   • 图元装配：将顶点数据组装成图元（如三角形）。
   • 光栅化：将图元转换为片段（像素）。
   • 片段处理：片段着色器对每个片段进行着色计算。
   • 深度和模板测试：进行深度测试和模板测试，决定片段是否被写入帧缓冲区。
   • 颜色混合：将片段颜色与帧缓冲区中的现有颜色进行混合。

5. 输出到帧缓冲区：

   • 帧缓冲区：最终的像素数据被写入帧缓冲区，准备显示在屏幕上。

2.3 Draw Call的开销

每个Draw Call都有一定的开销，主要包括：

1. CPU开销：准备数据、设置渲染状态、发出绘制命令等。
2. GPU开销：处理顶点、光栅化、片段着色等。

大量的Draw Calls会导致CPU和GPU之间的通信开销增加，从而影响渲染性能。

3 优化Draw Calls的方法

优化Draw Calls是提高渲染性能的关键步骤，特别是在实时渲染和游戏开发中。以下是几种常见的优化Draw Calls的方法：

3.1 批处理（Batching）

批处理是将多个小的绘制命令合并成一个大的绘制命令，以减少Draw Calls的数量。

假设我们有多个相同材质的立方体需要绘制：

// 不使用批处理的绘制方式
for (const auto& cube : cubes) {SetMaterial(cube.material);DrawMesh(cube.mesh);
}

使用批处理将这些立方体合并成一个绘制命令：

// 使用批处理的绘制方式
SetMaterial(commonMaterial);
DrawMeshInstanced(cubeMesh, cubes);

在这个示例中，DrawMeshInstanced函数将多个立方体合并成一个绘制命令，从而减少了Draw Calls的数量。

3.2 实例化（Instancing）

实例化技术允许一次性绘制多个相同的几何体（如树木、草丛等），从而减少Draw Calls。

假设我们有多个相同的树模型需要绘制：

// 不使用实例化的绘制方式
for (const auto& tree : trees) {SetMaterial(tree.material);DrawMesh(tree.mesh);
}

使用实例化技术：

// 使用实例化的绘制方式
SetMaterial(treeMaterial);
DrawMeshInstanced(treeMesh, trees);

在这个示例中，DrawMeshInstanced函数将多个树模型合并成一个绘制命令，从而减少了Draw Calls的数量。

3.3 合并网格（Mesh Merging）

将多个小的网格合并成一个大的网格，以减少Draw Calls。

假设我们有多个小的静态物体需要绘制：

// 不使用网格合并的绘制方式
for (const auto& object : objects) {SetMaterial(object.material);DrawMesh(object.mesh);
}

使用网格合并技术：

// 使用网格合并的绘制方式
Mesh mergedMesh = MergeMeshes(objects);
SetMaterial(commonMaterial);
DrawMesh(mergedMesh);

在这个示例中，MergeMeshes函数将多个小的网格合并成一个大的网格，从而减少了Draw Calls的数量。

3.4 使用LOD（Level of Detail）

根据物体与相机的距离，使用不同的细节级别来绘制物体，从而减少远处物体的绘制复杂度。

假设我们有一个复杂的模型需要绘制：

// 不使用LOD的绘制方式
SetMaterial(complexModel.material);
DrawMesh(complexModel.mesh);

使用LOD技术：

// 使用LOD的绘制方式
if (distanceToCamera < nearThreshold) {SetMaterial(highDetailModel.material);DrawMesh(highDetailModel.mesh);
} else if (distanceToCamera < farThreshold) {SetMaterial(mediumDetailModel.material);DrawMesh(mediumDetailModel.mesh);
} else {SetMaterial(lowDetailModel.material);DrawMesh(lowDetailModel.mesh);
}

在这个示例中，根据物体与相机的距离，选择不同的细节级别来绘制物体，从而减少了远处物体的绘制复杂度。

3.5 材质合并（Material Merging）

将多个材质合并成一个材质，以减少材质切换的开销。

假设我们有多个不同材质的物体需要绘制：

// 不使用材质合并的绘制方式
for (const auto& object : objects) {SetMaterial(object.material);DrawMesh(object.mesh);
}

使用材质合并技术：

// 使用材质合并的绘制方式
Material mergedMaterial = MergeMaterials(objects);
SetMaterial(mergedMaterial);
DrawMesh(mergedMesh);

在这个示例中，MergeMaterials函数将多个材质合并成一个材质，从而减少了材质切换的开销。

UE4Draw_Calls_186">4 在UE4中查看Draw Calls

在UE4中，你可以使用内置的性能分析工具来查看Draw Calls的数量和其他渲染性能指标。以下是一些常用的方法：

1. Stat命令：在控制台中输入stat scenerendering命令，可以查看当前场景的渲染统计信息，包括Draw Calls的数量。
2. Profiler：使用UE4的Profiler工具，可以详细分析渲染性能，包括Draw Calls的数量和开销。
3. Unreal Insights：这是一个更高级的性能分析工具，提供了更详细的性能数据和可视化。