Variable Rate Shading (VRS) 是一種圖形渲染技術，它允許在渲染過程中對不同區域使用不同的著色率，從而提高圖形處理效率和性能。VRS 技術使得不同區域的像素著色可以在不同的細節層次上進行處理，允許開發者根據場景的需要動態調整計算量，以達到在保證畫面質量的同時提高渲染效率的效果。

為了在保證視覺效果及質量的基礎上，降低 GPU 的消耗，進一步壓榨移動設備的性能，Tuanjie 1.4.1 版本開始，全平臺支持Tuanjie Variable Rate Shading (VRS)。歡迎廣大開發者下載體驗！

Tuanjie VRS

Tuanjie Variable Rate Shading (VRS)，用于動態調整圖像中每個像素的渲染細節或“著色”速率，通過降低采樣點數目，將一定數量的采樣點作為一個 Unit 進行渲染，以此控制 Shading Rates。開啟后，可以在保證視覺表現的情況下，減少 GPU 的工作負擔，從而提高渲染效率，特別是在資源有限的情況下。

在 Tuanjie Editor 中，可以通過對不同 Mesh Renderer 設置不同的 Shading Rate，從而實現屏幕的不同位置有不同的渲染速率，以達到降低 GPU 開銷的?標。

同時，除了支持自定義設置 Shading Rate外，團結引擎提供了?種Camera-Relative Shading 算法，開啟后可以為未手動設置 Shading Rate 的 Mesh Renderer ?動計算近似 Shading Rate 值，以降低逐一手動修改 Renderer 的開發成本。

Tuanjie VRS 當前支持平臺及圖形 API

Tuanjie VRS 目前已支持所有打包平臺，包括但不限于車機平臺（HMI Android、QNX、Embedded Linux）、OpenHarmony、Android等。

但由于各平臺的硬件/芯片及操作系統對圖形 API 的支持均不相同，Tuanjie VRS 對目標平臺系統的圖形 API 及其版本有一定要求，請確保目標設備/平臺對于圖形 API 充分支持。具體要求可參考下表：

Tuanjie VRS 技術原理

基本原理

在 Tuanjie 引擎中引入了基于 Mesh Renderer 的 Per-Draw Variable Rate Shading (VRS) 渲染技術，為開發者提供了更高效、更靈活的渲染控制能力。

在 Tuanjie 的實現中：

1.基于 Mesh Renderer 層級：每個 Mesh Renderer 都可以獨立設置 Shading Rate，這允許開發者精細控制每個物體的渲染質量。

2.腳本和 Inspector 支持：開發者既可以通過腳本動態調整 Shading Rate，也可以直接在 Tuanjie Inspector 面板中方便地配置，滿足不同場景需求。

3.實時渲染優化：結合實際場景需求，根據物體投影于屏幕的占比動態調整 Shading Rate，顯著提升性能。

Camera-Relative Shading 算法實現原理

Tuanjie 全新推出的 Camera-Relative Shading 功能，為開發者提供了一種更加智能化的渲染優化方式。該功能能夠動態計算未設置 Shading Rate 的對象渲染比例，根據場景實時調整，確保關鍵畫面質量的同時提升性能。

Camera-Relative Shading Rate 的核心是利用攝像機參數和場景中的物體信息，動態計算每個物體的 Shading Rate。主要涉及到以下幾個因素：

1. 攝像機與屏幕的關系

根據攝像機的視角 (Field of View, FOV) 和屏幕的尺寸，計算攝像機到屏幕的距離比例。這一比例決定了畫面中對象的空間投影大小。

2. 對象與攝像機的距離

系統自動測量攝像機與每個渲染對象之間的距離。距離越遠，對象的屏幕投影面積越小，Shading Rate 可以適當降低以節約資源。

3. 屏幕投影面積

使用攝像機與對象的距離計算出對象在屏幕上的投影面積。如果投影面積較大，表示對象對畫面質量的影響更大，其 Shading Rate 會自動調整為更高的水平；反之則降低 Shading Rate。

4. 用戶設定的控制范圍

開發者可以在渲染設置中定義 最大 (Max Screen Area Ratio) 和 最小 (Min Screen Area Ratio) 投影比例，確保 Shading Rate 的調整在合理范圍內。此外，還提供多檔模式（如“中等”、“高”等）以滿足不同項目需求。

5. 平滑映射與分級調整

通過一個平滑的公式，將計算結果映射為離散的 Shading Rate 級別（如 1x1、2x2、4x4）。該調整是連續的，避免了畫面突變或跳動。

Graphics API 適配策略

為了在不同硬件和渲染 API 環境中保持高效的渲染性能和視覺效果，Tuanjie 擁有一套統一的適配策略。這套策略確保在不支持某些 Shading Rate 配置的情況下，系統能夠自動調整到兼容的設置，從而平衡性能與畫質。

適配策略一：當 API 本身不支持特定 Shading Rate

如果某個 API 明確不支持某些 Shading Rate 組合，Tuanjie 會將這些不支持的配置統一回退為 2x2。例如：

?D3D12 上的 4x2、4x4 配置在不支持的情況下將被設置為 2x2。

?GLES (QCOM) 的 2x4 和 4x4 配置直接回退為 2x2。

適配策略二：當 API 支持但硬件受限

在某些情況下，API 理論上支持特定 Shading Rate，但受限于硬件能力。為此，Tuanjie 提供如下回退機制：

?如果硬件支持 2x2，則優先設置為 2x2。

?如果硬件不支持 2x2，則退回到更基礎的 1x1。

這些策略確保即使在有限的 API 和硬件環境中，也能通過調整 Shading Rate 達到可用的性能。

使用手冊：如何使用 Tuanjie VRS ？

請確保已下載和安裝Tuanjie 1.4.1 及以上版本。

Tuanjie VRS Editor 中核心操作

打開Editor，通過頂部菜單欄Edit >> Project Settings >> Graphics >> Shading Settings，開啟 VRS。當前版本提供了兩個選項：Custom Shading和Camera-Relative Shading。

選擇 Custom Shading

如果選擇 Custom Shading，選擇后可以開啟并使用 VRS 功能，在任一需要使用 VRS 的 Renderer 的 Inspector 面板中設置 Shading Rate 值，自定義每個 Renderer 的 Shading Rate。設置后，Render 會按照指定的 Shading Rate 進行渲染。

? 選中需要修改的 Renderer，在 Inspector 面板中，找到Additional Settings，選擇 Shading Rate 值。

? 共 9 個可選項：Size 1x1（表示每個采樣點作為一個 Unit 進行渲染，渲染結果畫面不變，與不啟用 VRS 的表現相同）、Size 1x2、Size 2x1、Size 2x2、Size 1x4、Size 4x1、Size 2x4、Size 4x2、Size 4x4（表示每 4x4 的采樣點作為一個 Unit 進行渲染，渲染結果畫面最模糊）。

? 若不修改，默認 Size 1x1。

選擇 Camera-Relative Shading

如果選擇 Camera-Relative Shading，默認使用系統提供的 Camera-Relative Shading 算法，為未手動設置 Shading Rate 的 Renderer自動計算近似 Shading Rate 值。

? Relative Rate Shading Level：

- 參數值（可選項）：Low、Normal、High

- 指定最終渲染質量，該值越高，渲染質量越高，渲染畫面越清晰。

? Max Screen Area Ratio & Min Screen Area Ratio：

- 限制物體投影到屏幕上的最大有效覆蓋值，超出范圍的值將會自動設置為 Max Screen Area Ratio 和 Min Screen Area Ratio。

- 表示指定物體投影到屏幕上的有效覆蓋值范圍。它是一個相對值，并不直接對應于屏幕上的物理像素尺寸。

注意：若選擇了 Camera-Relative Shading，同時又手動指定了部分 Renderer 的 Shading Rate，則實際渲染效果優先使用手動設置的值，Camera-Relative Shading 算法僅對未手動設置 Shading Rate 的 Renderer 生效。

設置完成后，可正常 Build 或 Export。實機運行即可查看 VRS 效果。

Tuanjie VRS Debug Tool

為了便于更直觀地看到場景中每個 Renderer 的 Shading Rate 設置，并便于調試，1.4.1 版本的 Editor 中，為 VRS 新增了 Debug Tool，可以通過頂部菜單欄Window >> Analysis >> Rendering Debugger >> Rendering開啟，Map Overlays 選擇“Shading Rate Value Map”。

開啟后，Scene 窗口中將通過顏色實時展示當前每個 Renderer 使用的 Shading Rate 值。Play Mode 同樣適用。

? Map Sizes：調試工具在 Scene 窗口中的占比，拖動以調整 Scene 窗口中調試工具大小。

? Show Shading Rate Map：勾選后，打開 Shading Rate 顏色圖例。

Tuanjie VRS 推薦場景及用法

VRS 可針對場景中任一 Renderer 進行自定義設置并生效。目標是降低 GPU 的Fragment Instructions和Fragments Shaded。

Shading Rate 越高，則渲染結果畫面越模糊，因此推薦在渲染內容較重的場景中，對于非視覺重心的 Renderer，設置較高（如 4x4）的 Shading Rate；對于視覺重心的 Renderer，設置較低的 Shading Rate（如 1x1），以保證視覺質量。

Tuanjie VRS 在移動設備實際運行效果對比

因公眾號平臺圖片/視頻壓縮，建議下載安裝 Tuanjie 1.4.1 實際體驗！

左圖為原始畫質（Shading Rate 1x1）：畫質清晰，運行卡頓

右圖為場景內物體全部開啟 VRS，并設置最高程度（Shading Rate 4x4）：背景建筑/樹木模糊，運行流暢

原始畫質

開啟 VRS 4×4

在移動設備（安卓平臺）上實機運行對比視頻：

Tuanjie VRS 在移動設備實際運行性能指標及對比結果

在安卓移動設備上，全場景開啟 VRS 4x4 和全場景開啟 VRS 1x1 的 GPU 性能對比如下：

VRS 的目標是通過降低片段著色的分辨率和計算精度，減少片段著色器的復雜度和指令數，從而優化渲染性能。以下是幾個相關測量指標：

? ALU / Fragment:平均每個片段所執行的算術邏輯單元（ALU）操作的數量。

? EFU / Fragment:平均每個片段執行的特殊功能單元（EFU）操作的數量。

? Fragment ALU Instructions (Full):GPU 執行的完整（Full）片段 ALU 指令的總數。

? Fragment ALU Instructions (Half):GPU 執行的半精度（Half）片段 ALU 指令的總數。

? Fragment EFU Instructions:GPU 執行的片段 EFU 指令的總數。

? Fragment Instructions:GPU 執行的所有片段指令的總數。

? Fragments Shaded:GPU 實際著色的片段數量。

對比數據可以看出，場景中開啟了 VRS 4x4 后，GPU 的Fragment Instructions和Fragments Shaded明顯降低。

以上就是此次團結引擎 1.4.1 版本中“可變速率著色渲染”的更新。 團結引擎將傾聽國內開發者的聲音，為大家帶來更多大家想要的功能，并且始終保持引擎的高性能、高畫質，以及穩定性。非常期待得到你的反饋，與我們一起共建中國版的實時 3D 引擎。

[1] 團結引擎官網：

https://unity.cn/tuanjie/tuanjieyinqing

[2] 團結引擎問答專區：

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

[3] 團結引擎用戶手冊：

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

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