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[图形]StructureBuffer

核心概念与特点
任意结构 (Arbitrary Structure):
这是它与纹理(Texture)最大的不同。纹理存储的是固定格式的数据(比如RGBA颜色值),而StructuredBuffer可以存储你自定义的任何C++或HLSL中的struct(结构体)。
例如,你可以定义一个结构体来表示一个粒子的状态:

struct FParticleData
{float3 Position;float3 Velocity;float4 Color;float Life;float Size;
};

然后你就可以创建一个包含成千上万个FParticleData实例的StructuredBuffer。

大量数据 (Large Amounts of Data):
StructuredBuffer非常适合存储大量数据,其容量远超常量缓冲区(Constant Buffer / Uniform Buffer)。常量缓冲区通常有大小限制(如64KB),主要用于存储对一次绘制调用中所有像素/顶点都统一的数据(如视图投影矩阵、灯光参数)。而StructuredBuffer可以容纳数百万个元素,用于存储海量的独立个体数据。
GPU直接索引访问 (Direct GPU Indexed Access):
在Shader代码(HLSL)中,你可以像访问一个数组一样,通过索引直接访问StructuredBuffer中的任何一个元素。这使得它在处理大量独立物体时非常高效。

// 在HLSL中声明
StructuredBuffer<FParticleData> AllParticles;// 在Shader代码中访问第 N 个粒子
float3 particlePos = AllParticles[N].Position;

可读写 (Readable/Writable):
标准的StructuredBuffer是只读的(Shader Resource View - SRV)。但它有一个更强大的变体叫做 RWStructuredBuffer(Read-Write Structured Buffer),它对应一个UAV(Unordered Access View)。这意味着GPU不仅可以读取它,还可以写入它。这个特性是实现GPU计算(Compute Shader)的核心。
在UE引擎中的主要用途(“是干嘛的”)
StructuredBuffer是实现许多高级渲染和模拟效果的基石。

  1. GPU粒子系统 (Niagara)
    这是最经典的应用。Niagara系统内部就大量使用了StructuredBuffer。

一个StructuredBuffer存储所有粒子的当前状态(位置、速度、颜色、寿命等)。
一个Compute Shader被执行,它会读取每个粒子的旧状态,根据物理规则(如重力、风力)计算出新状态。
然后,Compute Shader将计算出的新状态写入到另一个(或同一个)StructuredBuffer中。
最后,渲染粒子时,顶点着色器(Vertex Shader)从这个更新后的Buffer中读取粒子位置、大小、颜色等信息来绘制它们。
整个过程几乎完全在GPU上完成,CPU只负责下达指令,从而可以模拟数百万个粒子。
2. GPU蒙皮 (GPU Skinning)
对于拥有大量骨骼或大量角色的场景,在CPU上计算每个顶点的最终蒙皮位置会非常耗时。

可以将所有骨骼的变换矩阵(Bone Transforms)存入一个StructuredBuffer。
在顶点着色器中,根据顶点绑定的骨骼索引(Bone Index),从这个Buffer中直接读取对应的骨骼矩阵,然后计算顶点的最终位置。
这极大地减轻了CPU的负担。
3. 自定义大规模实例化渲染 (Custom Instancing)
UE内置的实例化渲染(Instanced Static Mesh)可以高效渲染大量相同的物体,但通常只传递每个实例的位置、旋转、缩放。如果你想为每个实例传递更多自定义数据(比如不同的颜色、动画帧、或任何自定义属性),StructuredBuffer就是最佳选择。

创建一个StructuredBuffer,存储每个实例的自定义数据。
在材质中,通过Custom节点或直接编写USF/USH shader文件,使用实例ID(SV_InstanceID)作为索引来读取这个Buffer,从而在渲染时应用这些自定义数据。
4. 与计算着色器 (Compute Shader) 结合进行通用计算 (GPGPU)
这是StructuredBuffer最强大的用途,它可以让GPU不再局限于图形渲染,而是成为一个通用的并行计算处理器。

流体模拟:在网格上模拟速度和压力场。
布料/毛发模拟:计算每个顶点的位置和约束。
大规模AI行为:如鱼群、鸟群的Boids算法,每个个体的行为计算都在GPU上完成。
图像处理:应用复杂的滤镜和算法。
如何在UE中使用StructuredBuffer (简要流程)
通常涉及C++和Shader两部分代码:

C++ 端 (CPU):
定义一个与Shader中匹配的C++ struct。
创建一个渲染资源类(通常继承自FRenderResource)。
在其InitRHI方法中,调用 RHICreateStructuredBuffer 来创建GPU资源(FStructuredBufferRHIRef)。
在需要时(比如每帧),通过 RHILockStructuredBuffer 和 RHIUnlockStructuredBuffer(或更现代的RHIUpdateStructuredBuffer)将CPU端的数据数组更新到GPU的Buffer中。
将这个Buffer的SRV(Shader Resource View)绑定到着色器参数上。
Shader 端 (GPU - 通常是HLSL):
在材质编辑器中,可以使用Custom节点来编写HLSL代码,在其中声明并使用StructuredBuffer。
对于更复杂的全局着色器或计算着色器,你需要在.USF/.USH文件中声明它。
只读: SHADER_PARAMETER_SRV(StructuredBuffer, MyBufferName)
可读写: SHADER_PARAMETER_UAV(RWStructuredBuffer, MyReadWriteBufferName)
在Shader代码中,使用索引来访问Buffer中的数据。
总结
总而言之,StructuredBuffer 是连接CPU端游戏逻辑与GPU端强大并行计算能力的桥梁。它允许你摆脱纹理的固定格式和常量缓冲区的容量限制,将任意结构的大量数据高效地交给GPU处理。

在UE中,当你需要处理成千上万个独立对象,并且希望利用GPU的并行能力来更新或渲染它们时(例如高级粒子、大规模实例化、GPU模拟等),StructuredBuffer就是你需要使用的核心工具。它是一个高级特性,但掌握它会为你的项目带来巨大的性能提升和效果可能性。

http://www.hskmm.com/?act=detail&tid=35223

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