Unity CommandBuffer的一些学习整理

1.前言

近期在整理CommandBuffer这块资料，之前的了解一直较为混乱。

算不上新东西了，但个人觉得有些时候要比加一个摄像机再转RT廉价一些，至少省了深度排序这些操作。

本文使用两个例子讲解CommandBuffer如何使用，但在此之前稍稍总结一下官方CommandBuffer的案例。

2.官方案例

案例地址如下：

https://blogs.unity3d.com/cn/2015/02/06/extending-unity-5-rendering-pipeline-command-buffers/

文章尾部有Demo下载链接。

该demo包含3个例子。

第一个例子BlurryRefraction，和新建摄像机渲染RT类似，在渲染透明对象之前渲染屏幕，并做模糊处理。然后丢给shader转换到对应的UV空间，转换的代码和Grab一样不做赘述。

第二个例子DeferredCustomLights，这里灯光的容器模型和第三个例子的贴花容器模型差不多，都是为了空间剔除而建立的模型，有点类似RayMarching，灯光部分直接拿到GBuffer的数据进行绘制。

第三个例子DeferredDecals，和第二个差不多，容器模型直接是方块，而方块的投影方式又有点像地形的三方向投影。

3.学习案例

3.1 - 在延迟渲染环境下创建一个standard小球

总的来说坑还是蛮多的，unity的pbr这块本身和管线有所交互，所以commandBuffer要在光照和GBuffer两个阶段做插入。

但如果是普通的vf shader，放在屏幕特效前做插入即可。

这是完成效果。

那么从头开始，首先按照常规思路是在GBuffer之后绘制一个球。

初始代码：

void OnEnable()
{
    mCacheCommandBuffer = new CommandBuffer();
    mCacheCommandBuffer.name = "TestCommandBuffer";
    mCacheCommandBuffer.DrawRenderer(testRenderer, testMaterial, 0, -1);
    Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterGBuffer, mCacheCommandBuffer);
}

释放：

void OnDisable()
{
    Camera.main.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.AfterGBuffer, mCacheCommandBuffer);
    mCacheCommandBuffer.Dispose();
}

释放时Dispose要放在RemoveCommandBuffer之后调用。

DrawRenderer比起DrawMesh多了很多自由度，但缺点是遇到多维子材质需要自己指定。

这里第四个参数是对应shader的pass，如果填写-1则所有pass都绘制。

绘制效果如下

(直接画肯定是有问题的)

打开FrameDebugger看问题，把standard里所有的pass都绘制了出来这不是想要的。

这里看了下standard的pass，第三个pass针对的是延迟光照，后面都用pass 3来绘制。

而且还有个问题RT3的自发光信息不正确。

unity的GBuffer中四个RT分别是RT0-漫反射,RT1-高光,RT2-屏幕法线,RT3-自发光。

翻阅了一下standard shader源码，发现可能是缺失了间接光照信息，而间接光照信息可能没有正确的初始化

不过发现了这么一个东西

void fragDeferred(
    VertexOutputDeferred i,
    out half4 outGBuffer0 : SV_Target0,
    out half4 outGBuffer1 : SV_Target1,
    out half4 outGBuffer2 : SV_Target2,
    out half4 outEmission : SV_Target3          // RT3: emission (rgb), --unused-- (a)
#if defined(SHADOWS_SHADOWMASK) && (UNITY_ALLOWED_MRT_COUNT > 4)
    , out half4 outShadowMask : SV_Target4       // RT4: shadowmask (rgba)
#endif
)
{
    //...
}

也就是说可以自己定义输出的GBuffer，而且也可以指定只输出某一个GBuffer

void frag(
    v2f i,
    out half4 outEmission : SV_Target3
)
{
    outEmission = 0;
}

有时候这个还是蛮管用的，因为在CommandBuffer里Blit很多通道拷贝不了(应该是我技术不行)。

绘制多加一次:

mCacheCommandBuffer.DrawRenderer(testRenderer, testMaterial, 0, 3);
mCacheCommandBuffer.DrawRenderer(testRenderer, testMaterial_fix, 0, -1);
Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterGBuffer, mCacheCommandBuffer);

解决是解决了，但是和天空盒接触的地方就会没有光照。

查看了FrameDebugger，确认是光照部分出了问题，踩了一些坑之后发现在AfterLighting处再绘制一次即可。

void OnEnable()
{
    mCacheCommandBuffer = new CommandBuffer();
    mCacheCommandBuffer.name = "TestCommandBuffer";

    mCacheCommandBuffer.DrawRenderer(testRenderer, testMaterial, 0, 3);

    Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterGBuffer, mCacheCommandBuffer);

    mCacheCommandBuffer2 = new CommandBuffer();
    mCacheCommandBuffer2.name = "TestCommandBuffer2";
    mCacheCommandBuffer2.DrawRenderer(testRenderer, testMaterial, 0, 0);
    Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterLighting, mCacheCommandBuffer2);
}

3.2 - 使用CommandBuffer对挖洞模型进行模糊

之前别人做过，觉得这个案例有些意思，自己试了一下。

完成效果如下

这是完成效果，使用Stencil挖洞可以达到模拟半透明的效果，但如果渐变速度较慢时则会造成视觉上的不适。

而通过stencil来标记主角在屏幕中的位置，然后对主角单独做一次高斯模糊可以缓解这种视觉上的不适。

直接在原始模型上做Stencil会导致在shadow阶段Stencil数据被清除。

但是先不急着改变CommandBuffer的位置，先切换到正向渲染下看看Stencil不被清除的结果

可以看见即使Stencil生效，挖洞区域的Stencil也被挖掉了。所以必须想另外一个办法覆盖这个坏的Stencil。

我的思路是通过DrawRenderer在RenderSkybox之后绘制一个alpha为0的主角Renderer。并且带有正常Stencil。

也就是需要两个CommandBuffer

mStencilFixCommandBuffer = new CommandBuffer();
mStencilFixCommandBuffer.name = "StencilFix";

for (int i = 0; i < playerRenderers.Length; i++)
{
    var item = playerRenderers[i];
    mStencilFixCommandBuffer.DrawRenderer(item, playerReplaceMaterial, 0, -1);
}

Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterSkybox, mStencilFixCommandBuffer);

Camera.main.AddCommandBuffer(CameraEvent.BeforeReflections, mBlurCommandBuffer);

可以看见这个正确的Stencil已经绘制上去了(当然也可以用这个方法修改深度，GBuffer)

然后就是模糊采样的问题，在CommandBuffer中你不能插入Lambda的CPU代码去执行异步内容

所以这里用几个RT来回切换做到重复采样，这里参考官方CommandBuffer里的第一个例子，需要用两个RT来回切换。

CommandBuffer里新建RT建议这么用

mBlurTempRT1 = Shader.PropertyToID("BlurTempRT1");
mBlurCommandBuffer.GetTemporaryRT(mBlurTempRT1, -1, -1, 0);

当然这么用也取不出RT对象，只能通过索引进行操作。

第二和三的参数指定了分辨率，-1为默认值，-2为一半大小分辨率，-3为1/3以此类推。

这里我遇到了第二个坑，Stencil信息不能通过通道单独拷贝出来，只有在和CameraTarget进行Blit操作时，才能读到Stencil信息。

mBlurCommandBuffer.Blit(BuiltinRenderTextureType.CameraTarget, mBlurTempRT1);

for (int i = 0; i < sampleNum - 1; i++)
{
    mBlurCommandBuffer.Blit(mBlurTempRT1, BuiltinRenderTextureType.CameraTarget, blurMaterial);
    mBlurCommandBuffer.Blit(BuiltinRenderTextureType.CameraTarget, mBlurTempRT1);
}

mBlurCommandBuffer.Blit(mBlurTempRT1, BuiltinRenderTextureType.CameraTarget, blurMaterial);

所以这里的模糊迭代这么做(这里理解的不太清晰，代码还可以优化)

最后效果也就达到了

就写到这里，本来想做一个UI面板的3D展示，后来发现DrawRenderer还是太薄弱了，特别是unity pbr的绘制流程。。

所以还是创建一个新相机吧。另外这两个小测试不太方便附上源码。