更灵活的图形渲染技术来了，团结引擎 VRS 助力提升图形处理能力

Variable Rate Shading (VRS) 是一种图形渲染技术，它允许在渲染过程中对不同区域使用不同的着色率，从而提高图形处理效率和性能。VRS 技术使得不同区域的像素着色可以在不同的细节层次上进行处理，允许开发者根据场景的需要动态调整计算量，以达到在保证画面质量的同时提高渲染效率的效果。

为了在保证视觉效果及质量的基础上，降低 GPU 的消耗，进一步压榨移动设备的性能，Tuanjie 1.4.1 版本开始，全平台支持Tuanjie Variable Rate Shading (VRS)。欢迎广大开发者下载体验！

Tuanjie VRS

Tuanjie Variable Rate Shading (VRS)，用于动态调整图像中每个像素的渲染细节或“着色”速率，通过降低采样点数目，将一定数量的采样点作为一个 Unit 进行渲染，以此控制 Shading Rates。开启后，可以在保证视觉表现的情况下，减少 GPU 的工作负担，从而提高渲染效率，特别是在资源有限的情况下。

在 Tuanjie Editor 中，可以通过对不同 Mesh Renderer 设置不同的 Shading Rate，从而实现屏幕的不同位置有不同的渲染速率，以达到降低 GPU 开销的⽬标。

同时，除了支持自定义设置 Shading Rate外，团结引擎提供了⼀种Camera-Relative Shading 算法，开启后可以为未手动设置 Shading Rate 的 Mesh Renderer ⾃动计算近似 Shading Rate 值，以降低逐一手动修改 Renderer 的开发成本。

Tuanjie VRS 当前支持平台及图形 API

Tuanjie VRS 目前已支持所有打包平台，包括但不限于车机平台（HMI Android、QNX、Embedded Linux）、OpenHarmony、Android等。

但由于各平台的硬件/芯片及操作系统对图形 API 的支持均不相同，Tuanjie VRS 对目标平台系统的图形 API 及其版本有一定要求，请确保目标设备/平台对于图形 API 充分支持。具体要求可参考下表：

Tuanjie VRS 技术原理

基本原理

在 Tuanjie 引擎中引入了基于 Mesh Renderer 的 Per-Draw Variable Rate Shading (VRS) 渲染技术，为开发者提供了更高效、更灵活的渲染控制能力。

在 Tuanjie 的实现中：

1.基于 Mesh Renderer 层级：每个 Mesh Renderer 都可以独立设置 Shading Rate，这允许开发者精细控制每个物体的渲染质量。

2.脚本和 Inspector 支持：开发者既可以通过脚本动态调整 Shading Rate，也可以直接在 Tuanjie Inspector 面板中方便地配置，满足不同场景需求。

3.实时渲染优化：结合实际场景需求，根据物体投影于屏幕的占比动态调整 Shading Rate，显著提升性能。

Camera-Relative Shading 算法实现原理

Tuanjie 全新推出的 Camera-Relative Shading 功能，为开发者提供了一种更加智能化的渲染优化方式。该功能能够动态计算未设置 Shading Rate 的对象渲染比例，根据场景实时调整，确保关键画面质量的同时提升性能。

Camera-Relative Shading Rate 的核心是利用摄像机参数和场景中的物体信息，动态计算每个物体的 Shading Rate。主要涉及到以下几个因素：

1. 摄像机与屏幕的关系

根据摄像机的视角 (Field of View, FOV) 和屏幕的尺寸，计算摄像机到屏幕的距离比例。这一比例决定了画面中对象的空间投影大小。

2. 对象与摄像机的距离

系统自动测量摄像机与每个渲染对象之间的距离。距离越远，对象的屏幕投影面积越小，Shading Rate 可以适当降低以节约资源。

3. 屏幕投影面积

使用摄像机与对象的距离计算出对象在屏幕上的投影面积。如果投影面积较大，表示对象对画面质量的影响更大，其 Shading Rate 会自动调整为更高的水平；反之则降低 Shading Rate。

4. 用户设定的控制范围

开发者可以在渲染设置中定义 最大 (Max Screen Area Ratio) 和 最小 (Min Screen Area Ratio) 投影比例，确保 Shading Rate 的调整在合理范围内。此外，还提供多档模式（如“中等”、“高”等）以满足不同项目需求。

5. 平滑映射与分级调整

通过一个平滑的公式，将计算结果映射为离散的 Shading Rate 级别（如 1x1、2x2、4x4）。该调整是连续的，避免了画面突变或跳动。

Graphics API 适配策略

为了在不同硬件和渲染 API 环境中保持高效的渲染性能和视觉效果，Tuanjie 拥有一套统一的适配策略。这套策略确保在不支持某些 Shading Rate 配置的情况下，系统能够自动调整到兼容的设置，从而平衡性能与画质。

适配策略一：当 API 本身不支持特定 Shading Rate

如果某个 API 明确不支持某些 Shading Rate 组合，Tuanjie 会将这些不支持的配置统一回退为 2x2。例如：

￮D3D12 上的 4x2、4x4 配置在不支持的情况下将被设置为 2x2。

￮GLES (QCOM) 的 2x4 和 4x4 配置直接回退为 2x2。

适配策略二：当 API 支持但硬件受限

在某些情况下，API 理论上支持特定 Shading Rate，但受限于硬件能力。为此，Tuanjie 提供如下回退机制：

￮如果硬件支持 2x2，则优先设置为 2x2。

￮如果硬件不支持 2x2，则退回到更基础的 1x1。

这些策略确保即使在有限的 API 和硬件环境中，也能通过调整 Shading Rate 达到可用的性能。

使用手册：如何使用 Tuanjie VRS ？

请确保已下载和安装Tuanjie 1.4.1 及以上版本。

Tuanjie VRS Editor 中核心操作

打开Editor，通过顶部菜单栏Edit >> Project Settings >> Graphics >> Shading Settings，开启 VRS。当前版本提供了两个选项：Custom Shading和Camera-Relative Shading。

选择 Custom Shading

如果选择 Custom Shading，选择后可以开启并使用 VRS 功能，在任一需要使用 VRS 的 Renderer 的 Inspector 面板中设置 Shading Rate 值，自定义每个 Renderer 的 Shading Rate。设置后，Render 会按照指定的 Shading Rate 进行渲染。

￮ 选中需要修改的 Renderer，在 Inspector 面板中，找到Additional Settings，选择 Shading Rate 值。

￮ 共 9 个可选项：Size 1x1（表示每个采样点作为一个 Unit 进行渲染，渲染结果画面不变，与不启用 VRS 的表现相同）、Size 1x2、Size 2x1、Size 2x2、Size 1x4、Size 4x1、Size 2x4、Size 4x2、Size 4x4（表示每 4x4 的采样点作为一个 Unit 进行渲染，渲染结果画面最模糊）。

￮ 若不修改，默认 Size 1x1。

选择 Camera-Relative Shading

如果选择 Camera-Relative Shading，默认使用系统提供的 Camera-Relative Shading 算法，为未手动设置 Shading Rate 的 Renderer自动计算近似 Shading Rate 值。

￮ Relative Rate Shading Level：

- 参数值（可选项）：Low、Normal、High

- 指定最终渲染质量，该值越高，渲染质量越高，渲染画面越清晰。

￮ Max Screen Area Ratio & Min Screen Area Ratio：

- 限制物体投影到屏幕上的最大有效覆盖值，超出范围的值将会自动设置为 Max Screen Area Ratio 和 Min Screen Area Ratio。

- 表示指定物体投影到屏幕上的有效覆盖值范围。它是一个相对值，并不直接对应于屏幕上的物理像素尺寸。

注意：若选择了 Camera-Relative Shading，同时又手动指定了部分 Renderer 的 Shading Rate，则实际渲染效果优先使用手动设置的值，Camera-Relative Shading 算法仅对未手动设置 Shading Rate 的 Renderer 生效。

设置完成后，可正常 Build 或 Export。实机运行即可查看 VRS 效果。

Tuanjie VRS Debug Tool

为了便于更直观地看到场景中每个 Renderer 的 Shading Rate 设置，并便于调试，1.4.1 版本的 Editor 中，为 VRS 新增了 Debug Tool，可以通过顶部菜单栏Window >> Analysis >> Rendering Debugger >> Rendering开启，Map Overlays 选择“Shading Rate Value Map”。

开启后，Scene 窗口中将通过颜色实时展示当前每个 Renderer 使用的 Shading Rate 值。Play Mode 同样适用。

￮ Map Sizes：调试工具在 Scene 窗口中的占比，拖动以调整 Scene 窗口中调试工具大小。

￮ Show Shading Rate Map：勾选后，打开 Shading Rate 颜色图例。

Tuanjie VRS 推荐场景及用法

VRS 可针对场景中任一 Renderer 进行自定义设置并生效。目标是降低 GPU 的Fragment Instructions和Fragments Shaded。

Shading Rate 越高，则渲染结果画面越模糊，因此推荐在渲染内容较重的场景中，对于非视觉重心的 Renderer，设置较高（如 4x4）的 Shading Rate；对于视觉重心的 Renderer，设置较低的 Shading Rate（如 1x1），以保证视觉质量。

Tuanjie VRS 在移动设备实际运行效果对比

因公众号平台图片/视频压缩，建议下载安装 Tuanjie 1.4.1 实际体验！

左图为原始画质（Shading Rate 1x1）：画质清晰，运行卡顿

右图为场景内物体全部开启 VRS，并设置最高程度（Shading Rate 4x4）：背景建筑/树木模糊，运行流畅

原始画质

开启 VRS 4×4

在移动设备（安卓平台）上实机运行对比视频：

Tuanjie VRS 在移动设备实际运行性能指标及对比结果

在安卓移动设备上，全场景开启 VRS 4x4 和全场景开启 VRS 1x1 的 GPU 性能对比如下：

VRS 的目标是通过降低片段着色的分辨率和计算精度，减少片段着色器的复杂度和指令数，从而优化渲染性能。以下是几个相关测量指标：

￮ ALU / Fragment:平均每个片段所执行的算术逻辑单元（ALU）操作的数量。

￮ EFU / Fragment:平均每个片段执行的特殊功能单元（EFU）操作的数量。

￮ Fragment ALU Instructions (Full):GPU 执行的完整（Full）片段 ALU 指令的总数。

￮ Fragment ALU Instructions (Half):GPU 执行的半精度（Half）片段 ALU 指令的总数。

￮ Fragment EFU Instructions:GPU 执行的片段 EFU 指令的总数。

￮ Fragment Instructions:GPU 执行的所有片段指令的总数。

￮ Fragments Shaded:GPU 实际着色的片段数量。

对比数据可以看出，场景中开启了 VRS 4x4 后，GPU 的Fragment Instructions和Fragments Shaded明显降低。

以上就是此次团结引擎 1.4.1 版本中“可变速率着色渲染”的更新。 团结引擎将倾听国内开发者的声音，为大家带来更多大家想要的功能，并且始终保持引擎的高性能、高画质，以及稳定性。非常期待得到你的反馈，与我们一起共建中国版的实时 3D 引擎。

[1] 团结引擎官网：

https://unity.cn/tuanjie/tuanjieyinqing

[2] 团结引擎问答专区：

https://developer.unity.cn/plate/tuanjie-engine?tab=ask

[3] 团结引擎用户手册：

https://docs.unity.cn/cn/tuanjiemanual/Manual/UnityManual.html

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