Overdraw 过度绘制

什么是Overdraw

Overdraw（过度绘制）指的是在渲染过程中，同一个屏幕像素被多次写入颜色缓冲区。这通常是由于多个不透明或半透明物体相互重叠，或者物体自身多个面重叠导致的。每次写入都需要执行片段着色器并进行混合，消耗GPU计算和带宽资源。

Overdraw的原因

• **不透明物体重叠**：如果渲染顺序不当，较远的物体先被绘制，然后被近处物体覆盖，造成浪费。虽然深度测试可以避免最终颜色错误，但片段着色器已经执行。
• **透明物体**：透明物体需要混合，无法通过深度测试完全剔除，每个透明层都会增加overdraw。
• **复杂几何体**：模型内部有重叠面，或者粒子系统大量叠加。
• **UI元素**：多层UI叠加导致overdraw。
• **后处理**：全屏后处理效果可能多次采样和写入。

Overdraw的影响

Overdraw直接增加填充率（Fill Rate）压力，即GPU每秒需要处理的像素数量。在高分辨率或移动设备上，填充率往往是瓶颈。过度绘制会导致：

• 帧率下降
• 功耗增加
• 设备发热

如何检测Overdraw

• **渲染调试工具**：许多引擎提供overdraw可视化模式，例如Unity中的Scene视图可以开启Overdraw模式，不同颜色代表绘制次数。
• **GPU性能分析器**：如NVIDIA Nsight、Android GPU Inspector等，可以统计overdraw率。
• **自定义调试**：使用替换shader，根据绘制次数输出颜色。

优化Overdraw的策略

1. 优化渲染顺序

• **不透明物体从前往后排序**：先绘制近处物体，利用深度测试剔除远处被遮挡的像素，减少overdraw。但实际中常用从后往前以减少状态切换，需权衡。
• **透明物体从后往前排序**：这是标准做法，确保混合正确。

2. 减少透明物体覆盖面积

• **使用Alpha Test代替Alpha Blend**：对于需要镂空效果的物体，使用alpha test可以避免混合，但会产生锯齿。
• **简化透明几何体**：使用更简单的网格，降低覆盖率。
• **限制粒子数量**：优化粒子系统，减少重叠。

3. 优化几何体

• **避免内部重叠面**：确保模型没有隐藏的内部面。
• **使用遮挡剔除**：在CPU或GPU阶段剔除被完全遮挡的物体，避免绘制。

4. 优化UI

• **减少UI层叠**：合并UI元素，使用图集减少draw call和overdraw。
• **裁剪UI区域**：只绘制可见部分。

5. 利用深度预渲染

对于复杂场景，可以先渲染深度缓冲，然后在主渲染时使用深度测试等于（或小于）来跳过被遮挡的像素，减少overdraw。

总结

Overdraw是实时渲染中常见的性能瓶颈，通过合理排序、减少透明复杂度、优化几何和UI，可以有效降低overdraw，提升性能。