JoshWindsor 发表于 2022-8-23 15:10

Unity 轻量级渲染管线LWRP/URP详解

前言

Unity 可编程渲染管线, LWRP轻量级渲染管线(Light Weight Render Pipeline)出来有一段时间了, 今天写一遍文章,详细的介绍一下可编程渲染管线与LWRP轻量级渲染管线相关内容,帮助大家搞懂这些概念,并建立起一个学习可编程渲染管线/轻量级渲染管线的思维。整个文章我将会分成4个部分来个大家讲解:


每个Unity版本,实现的轻量级渲染管线LWRP的代码可能都不一样,但是思路原理基本都差不多。
对啦!这里有个游戏开发交流小组里面聚集了一帮热爱学习unity的零基础小白,也有一些正在从事unity开发的技术大佬,欢迎你来交流学习。
1: 什么是渲染管线与向前渲染

   我本人非常反对高大上的概念包装,唯独游戏中的"渲染"是例外之一。通俗点说渲染就是烘托出相应的环境(光照,阴影,遮挡,反射,折射等),把物体在特定的环境中绘制出来。Unity引擎里把引擎中完成整个游戏场景,人物, 环境,光照等游戏画面绘制相关,最终把画面绘制到屏幕上的整套逻辑与相关代码(普通代码与Shader代码)称为渲染管线。


早期的Unity引擎,把整个渲染管线都内置在引擎里面,没有开放给开发者,只有少数的一些大厂,获得了Unity引擎源码授权,能修改和定制里面的渲染管线相关代码。Unity内置的渲染管线有: 向前渲染,延时渲染等,目前这两种用的比较多。Unity引擎默认使用"向前渲染"。接下来我说一下向前渲染管线中的一个渲染策略,为了后面对比轻量级渲染管线做好铺垫。向前渲染管线可以处理任意多的光源,处理多光源的时候,每个重要光源,都会调用一次Shader里面的Pass来完成渲染,有几个重要光源就会渲染几次,这样大大降低了多光源时候的绘制效率。所以之前我们很多手机游戏上面都用静态光照来渲染场景,获得逼真的光照效果,因为向前渲染管线多光源的实时计算开销实在太大。静态光照有一个问题就是无法获得实时光照的效果。
2: 什么是可编程渲染管线

前面个讲解了渲染管线与内置的先前渲染管线,我们会发现内置的渲染管线的策略有时候不满足我们的要求,比如我们需要实时光照,又需要好的性能,那么向前渲染每个光照都走一次Pass显然不合适,做手机游戏,可能只要4个光源就可以了,不用支持任意多的光源,随着unity可以开发越来越多的游戏平台,不同平台,不同类型的游戏越来越需要能修改渲染管线相关的策略,到达好的效果,同时有好的性能。Unity新版本推出了可编程渲染管线,把渲染管线里面的渲染API核心库开放给开发者,允许开发者自己定制渲染策略。Unity引擎提供了一整套可以定制渲染管线的机制,所以叫做可编程渲染管线SRP(Scriptable Render Pipeline)。
3: 轻量级渲染管线与它的基本使用

内置的渲染管线是针对通用情况,比如支持任意数目的光源等,所以很多策略并不是特定的环境下,针对特定应用场景而得到的最佳的策略,现在手机游戏非常的广泛,还有很多其它的游戏平台,需要好的渲染效果的同时,需要一个好的性能。比如我就希望有多光源的实时光照,我的角色到了光源附近能渲染出光的效果出来,而不是使用静态光照那样。同时我们又不需要任意多的光源,只要限定一个光源数目即可,比如4个。这样就可以通过定制渲染管线,提升性能,比如我们最多支持4个光源,我把所有光源的计算一起放到一个Pass里面,这样提升性能的同时,又获得实时的光照,虽然对光源的数目做了一些限制(轻量化),却获得了效果和性能的一个灵活的平衡。Unity 针对手游等应用领域,开发了轻量级渲染管线(LWRP),后来基于轻量级渲染管线又衍生出来另外一个渲染管线Universal Render Pipeline(URP,这边文章我们用的是URP的代码)。


   总结一下定制渲染管线的主要的3个点:


完全从头到尾定制一个渲染管线并不容易,幸运的是Unity引擎为我们做好了轻量级的渲染管线,满足我们做手机游戏的绝大部分的需求。我们只要使用就可以了,如何使用轻量级渲染管线,这里我们已URP为例:

[*]安装URP的相关的Unity Package, 不同的Unity的版本可能URP的代码版本不一样。
(2) 使用URP渲染管线来代替内置的渲染管线。先创建一个渲染管线的Asset文件,配置好相关数据,创建成功后,在Grpahics下面的Scriptable Render Pipeline选择这个Asset文件,切换渲染管线成功。系统会根据Asset文件的描述来创建出渲染管线出来。如图:


   (3) 创建角色,场景,创建材质的时候,使用渲染URP渲染管线相关的Shader;
   4: 轻量级渲染管线Shader 模板结构




仍然是基于ShaderLab, 和普通的Shader结构,没有区别。
我们来看几个重要的Pass, 体会一下和向前渲染管线的不同。先来看主要的绘制Pass,处理光照计算的,正如红线标注的一样,所有的光源在一个Pass里面计算完成。


看下阴影投射的Pass:


看下HLSL代码,和Cg差不多,所以学习的时候不用由心里负担, 打开LitForwardPass.hlsl,这个文件就是URP里面PBR Shader具体实现的代码。截图如下,数据结构这些和Cg没有太大的差别,如图:


由于篇幅有限,没有办法把Shader详细代码的讲解一遍,为此我还提供了本文对应的代码与视频讲解(里面详细讲解了Shader结构),需要的可以关注公众号,回复"LWRP",来学习免费学习视频教程,并获取课程源码。 URP渲染管线效果截图如下:

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