延迟纹理与可见性缓冲

动机（20.5 节）

• 部分或完整的 z-prepass 能避免被覆盖表面的纹理访问，但许多系统想避免额外几何 pass：顶点数据也耗带宽，几何细密时额外一遍可能比它省下的纹理访问还贵。
• G-buffer 越多越占内存和带宽。瓶颈总在变化，各种效率方案都是针对特定平台和场景开发的；实现难度、内容制作便利性等人为因素也决定了最终方案。

虚拟延迟纹理（《刺客信条：大革命》）

Haar 与 Aaltonen 维护一张 8192×8192 的本地纹理图集，存放从更大集合中选出的可见纹理，每张 128×128。

几何 pass 不读纹理，过度绘制极其便宜；着色时再访问虚拟纹理。mipmap 所需梯度不存储，而是检查邻居像素，用 (u, v) 最接近的邻居现场计算；材质 ID 由所访问的图集瓦片推出（纹理坐标除以 128）。

他们还用四分之一分辨率 + 自定义 MSAA 采样模式：在支持自定义采样位置的平台上把 4×MSAA 设为网格模式，使每个样本正好对应全分辨率像素的中心。(u, v) 和切线基可在表面上无损插值；8×MSAA（相当于每像素 2×）也可行。对植被、树木这类过度绘制严重的场景，显著减少着色器调用和 G-buffer 带宽。

可见性缓冲

Burns 与 Hunt 的可见性缓冲 (visibility buffer) 每像素只存三角形 ID 和实例 ID。几何 pass 极快：不读纹理，只写两个 ID。所有三角形和顶点数据（位置、法线、颜色、材质等）放在全局缓冲中。

flowchart LR
  A["几何 pass: 写三角形 ID + 实例 ID"] --> B["着色 pass: 按 ID 取三角形顶点数据"]
  B --> C["像素视线与三角形求交得重心坐标"]
  C --> D["插值顶点属性, 逐像素执行顶点着色计算, 计算纹理梯度"]
  D --> E["按任意光源分类方案着色"]

如上图，平时频率更低的计算（如顶点着色器计算）也要逐像素执行，纹理梯度也从头计算而非插值。听起来昂贵，但符合"算力增长快于带宽"的趋势，以计算换取过度绘制造成的带宽损失。场景少于 64k 个网格、每个网格少于 64k 个三角形时，每个 ID 16 位，G-buffer 小到每像素 32 位；更大场景为 48 或 64 位。

变体与扩展：

• Stachowiak 利用 GCN 架构在第一遍中低成本计算并存储重心坐标，代价是额外存储；好处是动画网格不必把变形后的顶点流出到缓冲供着色阶段再取（原方案的缺点，额外耗带宽）。但若需要到相机的距离，也必须在第一遍存下，之后无法重建。
• Aaltonen 指出 MSAA 网格采样法可用于上述各方案，进一步降低平均内存；Schied 与 Dachsbacher 在可见性缓冲上利用 MSAA 降低高质量抗锯齿的内存和着色量。
• Pettineo 指出无绑定纹理 (bindless) 让延迟纹理更容易实现；他的系统 G-buffer 较大（深度、材质 ID、深度梯度）。在 Sponza 上与分簇前向（含或不含 z-prepass）比较：关闭 MSAA 时延迟纹理始终更快，开 MSAA 后变慢；而多数游戏已因分辨率提高转向时间抗锯齿，MSAA 支持在实践中不那么重要。
• Engel 指出 DirectX 12 / Vulkan 让可见性缓冲更有吸引力：计算着色器剔除三角形集合，ExecuteIndirect 生成只含未剔除三角形的等效索引缓冲。配合先进剔除系统，在 San Miguel 场景中可见性缓冲在所有分辨率和抗锯齿设置下都胜过延迟着色，且分辨率越高差距越大。Lauritzen 讨论了 GPU 需要演进以改善延迟环境下材质着色器的访问与处理。

deferred+

Doghramachi 与 Bucci 的延迟纹理系统在前期集成激进剔除：把上一帧深度降采样并重投影，得到当前帧每像素的保守剔除深度，用来测试视锥内所有网格包围体的遮挡（见 遮挡剔除）。注意若有 alpha 裁剪纹理，任何初始 pass（包括 z-prepass）都必须读取它，否则裁剪区域后面的物体会被错误遮挡。产出的 G-buffer 含深度、纹理坐标、切线空间、梯度和材质 ID，数量多于其他延迟纹理方案，但避免了不必要的纹理访问。在《杀出重围：人类分裂》的两个简化场景中比分簇前向更快，且 warp 利用率明显更好，小三角形问题更少，GPU 曲面细分表现更好；还能更高效地处理更多种材质。主要缺点与多数延迟方案相同：透明与抗锯齿。

取舍

GEA 的视角：可见性缓冲是"扩展的深度缓冲"（卷 II 11.5.2.1、11.6.8.6）

• GEA 在讨论过度绘制时把可见性缓冲称为一种特殊的"扩展深度缓冲"，作为 z 预通道之外的另一种解决办法（卷 II 11.5.2.1）。
• 在 Nanite 一节中，它存每个像素的深度、物体 ID 和三角形 ID，把可见性问题与光照问题解耦：像深度预通道，但同时又是"廉价的 G-buffer"，只保存足以在后续光照 pass 中查到材质的信息（卷 II 11.6.8.6）。这与本页「可见性缓冲」的描述一致，具体见 Nanite 虚拟化几何体 中的 GEA 部分。GEA 第 12 章还会进一步讨论 G-buffer 与可见性缓冲。

GEA 的视角：可见性缓冲（卷 II 12.5.12.2）

GEA 把三角形可见性缓冲看作 G-buffer 的一种变体：帧缓冲里的一个图像平面存"原始场景中哪个三角形贡献了这个像素"，屏幕空间光照时据此查出每个三角形的完整材质描述。它通常更省内存，在高分辨率显示模式下尤其明显。GEA 推荐 Wolfgang Engel 关于可见性缓冲的论文（卷 II 12.5.12.2）。这与本页的描述一致，本页还讨论了 RTR4 中的延迟纹理、带宽与计算的权衡。