一，unity渲染管线简介
Unity引擎的渲染管线主要分为"渲染核心库"与"渲染策略"两个部分, “渲染核心库”是Unity把基于OpenGL/DirectX把渲染相关的接口函数封装成API，这部分Unity引擎写好后作为核心的API渲染库。”渲染策略”指的是Unity引擎绘制整个游戏场景的时候，如何处理多相机，多光源，阴影投射，物体绘制，雾,自发光等。这个就叫做渲染策略，渲染管线基于一种渲染策略，调用渲染核心库中的API，把整个游戏场景绘制出来。
渲染管线通过执行 剔除、渲染、后处理 来获取场景的内容，并将这些内容显示在屏幕上。不同的渲染管线具有不同的功能和性能特征，并且适用于不同的游戏、应用程序和平台。
- unity提供三种渲染管线，内置渲染管线、通用渲染管线(URP)和高清渲染管线(HDRP)，也可以通过unity的可编程渲染管线（Scriptable Render Pipeline,SRP） API 来完全自定义渲染管线。
- 内置渲染管线是unity默认的，自定义选项有限，是向前渲染（支持任意多光源，每个光照各走一遍pass性能差）。（可以用CommandBuffer和回调进行骚操作，版稳定性不好死板）
- URP(Universal Render Pipeline)「前身LWRP–轻量级渲染管线」是用SRP写的非侵入式轻量级自定义渲染管线，专注性能，比如只支持几个光源但能在同一个pass计算；除了有特殊需求选它就对了。
- HDRP可以做更多复杂算法，可以在高端平台上（PC主机等）输出高保真图形，支持全局光照、光线跟踪、子面散射等，但想得到好效果需要大量贴图，人力预算up！「因为这次主要学习URP，HDRP这里就简单了解下。也有人说HDRP太复杂了，不如直接用ue。」
- 其主要区别在于渲染策略，不同的渲染策略对应的shader不一样，之前学习的shader写法都是针对向前渲染的，如果切换成URP则shader包需要重新开发。可编程渲染管线shader语法结构还是shader lab，开发语言使用HLSL，有的也支持shader graphic。
二，通用渲染管线URP
三，shader升级URP
1，Builtin RP和URP中内置Shader 的对应
2，总体结构
- 在SubShader的Tags中添加"RenderPipeline" = “UniversalPipeline"表示该SubShader是给URP用的「HDRP设置为"HDRenderPipeline”」
- 并使用HLSL的宏替代CG：
| Built-in |
URP |
| CGPROGRAM、HLSLPROGRAM |
HLSLPROGRAM |
| ENDCG、ENDHLSL |
ENDHLSL |
| CGINCLUDE、HLSLINCLUDE |
HLSLINCLUDE |
- HLSL是URP的首选语言，但URP也支持CG语言，因此CGPROGRAM等也能用，就是和SRP Batcher 不兼容。
- 在Properties中声明的属性需要再在HLSL 代码中用CBUFFER声明（为了SRP Batcher）：
TEXTURE2D(_BaseMap);
SAMPLER(sampler_BaseMap);
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
half4 _BaseColor;
float4 _BaseMap_ST;
CBUFFER_END
- fixed都不支持了，改为half或者float。
3，include
| \ |
Built-in |
URP |
| Core |
Unity.cginc |
Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl |
| Light |
AutoLight.cginc |
Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl |
| Shadows |
AutoLight.cginc |
Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl |
| Surface shaders |
Lighting.cginc |
URP内没有，可以参考该github项目 |
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
- URP其他常用include：SpaceTransforms.hlsl、ShaderVariablesFunctions.hlsl、Common.hlsl、Input.hlsl、Color.hlsl、DeclareDepthTexture.hlsl、DeclareOpaqueTextue.hlsl
- Core.hlsl可以直接引用，UnityInput.hlsl、UnityInstancing.hlsl、SpaceTransforms.hlsl等需要带上前缀，防止重定义。
4，光照模式LightMode
| Built-in |
URP |
| ForwardBase |
UniversalForward |
| ForwardAdd |
移除，开启关键字_ADDITIONAL_LIGHTS解决 |
| Deferred 以及相关 |
URP12.0支持 |
| Vertex and related |
移除 |
| ShadowCaster |
ShadowCaster |
| MotionVectors |
暂不支持 |
- URP新增的：DepthOnly、Meta（用于烘焙光照贴图）、Universal2D（用于2D的前向渲染）、UniversalGBuffer（延迟渲染用）、UniversalForwardOnly（延迟渲染中表示该pass用向前渲染）。
5，变体Variants
- 类似内置管线用multi_compile_fwdbase编译ForwardBasePass；URP涉及批处理的变体，可以用#pragma multi_compile添加关键字设置：
#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS
#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE
#pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHTS_VERTEX _ADDITIONAL_LIGHTS
#pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHT_SHADOWS
#pragma multi_compile _ _SHADOWS_SOFT
#pragma multi_compile _ _MIXED_LIGHTING_SUBTRACTIVE
6，预定义宏
辅助宏
| Built-in |
URP |
| UNITY_PROJ_COORD(a) |
移除，改用 a.xy/a.w |
| UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type, name) |
ZERO_INITIALIZE(type, name) |
阴影贴图
参考Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl
| Built-in |
URP |
| UNITY_DECLARE_SHADOWMAP(tex) |
TEXTURE2D_SHADOW_PARAM(textureName, samplerName) |
| UNITY_SAMPLE_SHADOW(tex, uv) |
SAMPLE_TEXTURE2D_SHADOW(textureName, samplerName, coord3) |
| UNITY_SAMPLE_SHADOW_PROJ(tex, uv) |
SAMPLE_TEXTURE2D_SHADOW(textureName, samplerName, coord4.xyz/coord4.w) |
| UNITY_SHADOW_COORDS(x) |
float4 shadowCoord : TEXCOORD##x |
| TRANSFER_SHADOW(a) |
a.shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord(worldSpacePosition) |
| SHADOWS_SCREEN |
移除了 |
纹理采样器声明
| Built-in |
URP |
| UNITY_DECLARE_TEX2D(name) |
TEXTURE2D(textureName); SAMPLER(samplerName); |
| UNITY_DECLARE_TEX2D_NOSAMPLER(name) |
TEXTURE2D(textureName); |
| UNITY_DECLARE_TEX2DARRAY(name) |
TEXTURE2D_ARRAY(textureName); SAMPLER(samplerName); |
| UNITY_SAMPLE_TEX2D(name, uv) |
SAMPLE_TEXTURE2D(textureName, samplerName, coord2) |
| UNITY_SAMPLE_TEX2D_SAMPLER(name, samplername, uv) |
SAMPLE_TEXTURE2D(textureName, samplerName, coord2) |
| UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY(name, uv) |
SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY(textureName, samplerName, coord2, index) |
| UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY_LOD(name, uv, lod) |
SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY_LOD(textureName, samplerName, coord2, index, lod) |
| UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(name) |
ZERO_INITIALIZE(name) |
光照、雾
| Built-in |
URP |
| UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT |
half3(unity_SHAr.w,unity_SHAr.w,unity_SHAr.w); |
| UNITY_FOG_COORDS(x) |
用float fogCoord : TEXCOORD##x; |
| UNITY_TRANSFER_FOG(o, outpos) |
o.fogCoord = ComputeFogFactor(clipSpacePosition.z); |
| UNITY_APPLY_FOG(coord, col) |
color = MixFog(color, i.fogCoord); |
7，辅助函数
变换函数
| Built-in |
URP |
| float4 UnityObjectToClipPos(float3 pos) |
float4 TransformObjectToHClip(float3 positionOS) |
| float4 UnityWorldToClipPos(float3 pos) |
float4 TransformWorldToHClip(float3 positionWS) |
| float3 UnityObjectToViewPos(float3 pos) |
TransformWorldToView(TransformObjectToWorld(positionOS)) |
| float3 UnityObjectToWorldNormal(in float3 norm) |
float3 TransformObjectToWorldNormal(float3 normalOS,bool doNormalize = true) |
| float3 UnityWorldSpaceViewDir (float4 v) |
_WorldSpaceCameraPos.xyz - positionWS |
| float3 UnityObjectToWorldDir (float4 v) |
float3 TransformObjectToWorldDir(real3 dirOS) |
通用辅助函数
| Built-in |
URP |
| float3 ObjSpaceViewDir (float4 v) |
TransformWorldToObject(GetCameraPositionWS()) - objectSpacePosition; |
| float2 ParallaxOffset (half h, half height, half3 viewDir) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
| fixed Luminance (fixed3 c) |
real Luminance(real3 linearRgb) |
| fixed3 DecodeLightmap (fixed4 color) |
real3 DecodeLightmap(real4 encodedIlluminance, real4 decodeInstructions) |
| float4 EncodeFloatRGBA (float v) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
| float DecodeFloatRGBA (float4 enc) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
| float2 EncodeFloatRG (float v) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
| float DecodeFloatRG (float2 enc) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
| float2 EncodeViewNormalStereo (float3 n) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
| float3 DecodeViewNormalStereo (float4 enc4) |
移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来 |
向前渲染函数
| Built-in |
URP |
| float3 WorldSpaceLightDir(float4 v) |
_MainLightPosition.xyz - TransformObjectToWorld(objectSpacePosition) |
| float3 ObjSpaceLightDir (float4 v) |
TransformWorldToObject(_MainLightPosition.xyz) - objectSpacePosition |
| float3 Shade4PointLights (…) |
用half3 VertexLighting(float3 positionWS, half3 normalWS) |
屏幕空间
| Built-in |
URP |
| float4 ComputeScreenPos (float4 clipPos) |
float4 ComputeScreenPos(float4 positionCS) |
| float4 ComputeGrabScreenPos (float4 clipPos) |
移除了 |
顶点光照
| Built-in |
URP |
| float3 ShadeVertexLights (float4 vertex, float3 normal) |
用half3(unity_SHAr.w, unity_SHAg.w, unity_SHAb.w) + VertexLighting(…) |
深度
可直接使用 _CameraDepthTexture来采样深度纹理，也可使用SampleSceneDepth(…) 和 LoadSceneDepth(…)来采样。
| Built-in |
URP |
| LinearEyeDepth (sceneZ) |
LinearEyeDepth(sceneZ, _ZBufferParams) |
| Linear01Depth (sceneZ) |
Linear01Depth(sceneZ, _ZBufferParams) |
其他
| Built-in |
URP |
| shadeSH9 (float4 normal) |
SampleSH(normal) |
| unity_ColorSpaceLuminance |
用Luminance() |
7，内置变量
| Built-in |
URP |
| _LightColor0 |
_MainLightColor |
| _WorldSpaceLightPos0 |
_MainLightPosition |
| _LightMatrix0 |
移除了。目前尚不支持 |
| unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0 |
在URP中，其他光源存储在数组/缓冲区中（取决于平台）。使用Light GetAdditionalLight(uint i, float3 positionWS)获取光源信息 |
| unity_4LightAtten0 |
同上 |
| unity_LightColor |
同上) |
| unity_WorldToShadow |
float4x4 _MainLightWorldToShadow[MAX_SHADOW_CASCADES + 1] 或者_AdditionalLightsWorldToShadow[MAX_VISIBLE_LIGHTS] |
使用循环所有其他灯光–GetAdditionalLight()，查询其他灯光计数–GetAdditionalLightsCount()。
8，后处理
- URP不支持OnPreCull，OnPreRender，OnPostRender和OnRenderImage。
- 支持OnRenderObject和OnWillRenderObject，但旧管线直接用有问题，需要改写。
- UPR函数+示例：
beginCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
endCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
beginFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras)
endFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras)
void OnEnable()
{
RenderPipelineManager.beginCameraRendering += MyCameraRendering;
}
void OnDisable()
{
RenderPipelineManager.beginCameraRendering -= MyCameraRendering;
}
void MyCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
...
if(camera == myEffectCamera)
{
...
UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera(context, camera);
}
...
}
参考资料
- unity官方文档
- 知乎-Unity URP/SRP 渲染管线浅入深出
- From Built-in to URP
- 内置到URP官方切换文档
