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[笔记] Unity 手游多光源处理方案（低端机篇）

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发表于 2021-2-18 09:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
Unity手游支持多光源方案，我觉得主要依据手机硬件分成两种类型，一种是手机支持ComputeShader，StructuredBuffers，如iphone，以及android一些高端机，这种类型手机方案有很多，如Forward+、Cluster-base Lighting或者Tiled Based Deferred Shading，前面两种我也有写过，不过在公司内网机，懒得重新写，有兴趣的可以参照这两篇文章。
现在重点讨论下是低端机多光源处理方案。
低端机,如果光源不多，场景简单，可以直接用Forward Rendering，或者用Uber Shader即将光源写在一个Pass里面，但是随着光源增加，渲染压力会越来越大，因此我们需要光源剔除；unity URP中有种方案是逐模型分配光源，像ReflectionProbe一样，将所影响的光源分配到对应的模型上，但是这种对于一些小模型还好，如果对于地形这种大物件就不适用了。
很早之前看到《明日之后》的点光源处理方案，我们运用了Tiled Point Light这一技术，将画面切分为多个tile，利用上一帧的深度计算tile的world position，然后计算出tile贡献最大的2个点光，使得每个顶点/像素仅需计算2个点光。Tiled Point Light使得我们开销降低（iphone 5s也可使用），大大丰富了场景的光照效果
觉得还算可行，虽然也有很大限制，但是低端机就别要什么自行车了，因此现在有时间写下。 我选用Unity SRP，比较灵活方便，不用额外Depth Pass，用上一帧depth buffer的就行，低端机嘛，能省就省，而且可以和高端机那些裁剪方案无缝切换；用的是render-pipelines.universal@7.4.1改的方案，URP这东西出了这么久我觉得还是个半成品,还不如将Buildin放出来，毕竟比较完整。
第一步、写个Pixel Shader，Pixel Shader怎么分tile，我现在都搞不懂，用mipmap？而且我觉得没多大必要，我是逐像素计算的，主要是用_CameraDepthTexture，生成ndc坐标，再转化成世界坐标，然后比较点光源（spot light可以Cone包围起来，当点光源计算，我这里没做）与该世界坐标的距离。具体代码如下
  1. float4 frag(Varyings input) : SV_Target
  2. {
  4.         float depthValue = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.depthuv).r;
  5.         int lightIndexR = 0;
  6.         int lightIndexG = 0;
  7.         float4 ndc = float4(inputuv.x * 2 - 1, input.uv.y * 2 - 1, depthValue, 1);
  8.         float4 worldPos = mul(unity_MatrixInvVP, ndc);
  9.         worldPos /= worldPos.w;
  11.         //取最近的两盏灯光索引
  12.         float LightDistanceR = MAX_POINT_LIGHT_DISTANCE;
  13.         float LightDistanceG = MAX_POINT_LIGHT_DISTANCE;
  14.         for (int i = 0; i < _AdditionalLightsCount.x; i++)
  15.         {
  16.                 float3 tolight = worldPos.xyz - _AdditionalLightsPosition[i].xyz;
  17.                 float lightSqr = dot(tolight, tolight);
  18.                 if (lightSqr > _AdditionalLightsRange[i]* _AdditionalLightsRange[i])
  19.                         continue;
  20.                 if (lightSqr < LightDistanceR)
  21.                 {
  22.                         LightDistanceG = LightDistanceR;
  23.                         lightIndexG = lightIndexR;
  24.                         LightDistanceR = lightSqr;
  25.                         lightIndexR = i + 1;
  26.                 }
  27.                 else if(lightSqr < LightDistanceG)
  28.                 {
  29.                         LightDistanceG = lightSqr;
  30.                         lightIndexG = i + 1;
  31.                 }
  32.         }
  34.         return float4(lightIndexR * POINT_NUM, lightIndexG * POINT_NUM,0,1);
  35. }
复制代码
第二步，写个LightCullPass，生成m_LightIndexTexture，代码如下
  1. using System;
  3. namespace UnityEngine.Rendering.Universal.Internal
  4. {
  5.     /// <summary>
  6.     /// Render all objects that have a 'DepthOnly' pass into the given depth buffer.
  7.     ///
  8.     /// You can use this pass to prime a depth buffer for subsequent rendering.
  9.     /// Use it as a z-prepass, or use it to generate a depth buffer.
  10.     /// </summary>
  11.     public class LightCullPass : ScriptableRenderPass
  12.     {
  14.         Material m_SamplingMaterial;
  16.         private RenderTargetIdentifier source { get; set; }
  17.         private RenderTargetHandle destination { get; set; }
  19.         const string m_ProfilerTag = "LightCull Prepass";
  20.         ProfilingSampler m_ProfilingSampler = new ProfilingSampler(m_ProfilerTag);
  22.         /// <summary>
  23.         /// Create the DepthOnlyPass
  24.         /// </summary>
  25.         public LightCullPass(RenderPassEvent evt, Material samplingMaterial)
  26.         {
  27.             m_SamplingMaterial = samplingMaterial;
  28.             renderPassEvent = evt;
  29.         }
  31.         /// <summary>
  32.         /// Configure the pass
  33.         /// </summary>
  34.         public void Setup(
  35.             RenderTargetIdentifier source, RenderTargetHandle destination)
  36.         {
  37.             this.source = source;
  38.             this.destination = destination;
  40.         }
  42.         public bool Setup(ref RenderingData renderingData)
  43.         {
  44.             int lightCount = renderingData.lightData.additionalLightsCount;
  45.             if (lightCount == 0)
  46.                 return false;
  47.             return true;
  48.         }
  50.         public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
  51.         {
  52.             RenderTextureDescriptor descriptor = cameraTextureDescriptor;
  53.             descriptor.colorFormat = RenderTextureFormat.RGB565;// RenderTextureFormat.RGInt;
  54.             descriptor.bindMS = false;
  55.             descriptor.enableRandomWrite = false;
  56.             descriptor.depthBufferBits = 0;
  57.             descriptor.sRGB = false;
  58.             descriptor.useMipMap = false;
  59.             descriptor.dimension = TextureDimension.Tex2D;
  60.             cmd.GetTemporaryRT(destination.id, descriptor, FilterMode.Point);
  61.         }
  63.         /// <inheritdoc/>
  64.         public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
  65.         {
  66.             if (m_SamplingMaterial == null)
  67.             {
  68.                 Debug.LogErrorFormat("Missing {0}. {1} render pass will not execute. Check for missing reference in the renderer resources.", m_SamplingMaterial, GetType().Name);
  69.                 return;
  70.             }
  72.             CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(m_ProfilerTag);
  73.             RenderTargetIdentifier opaqueColorRT = destination.Identifier();
  74.    
  75.             Blit(cmd, source, opaqueColorRT, m_SamplingMaterial);
  76.             context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
  77.             CommandBufferPool.Release(cmd);
  78.         }
  80.         /// <inheritdoc/>
  81.         public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd)
  82.         {
  83.             if (cmd == null)
  84.                 throw new ArgumentNullException("cmd");
  86.             if (destination != RenderTargetHandle.CameraTarget)
  87.             {
  88.                 cmd.ReleaseTemporaryRT(destination.id);
  89.                 destination = RenderTargetHandle.CameraTarget;
  90.             }
  91.         }
  92.     }
  93. }
复制代码
第三步，在shader里计算光源，先计算ScreenPosition UV，取得光源索引，按正常计算就行
  1. inputData.screenPosition = (input.clipPosition.xy / input.clipPosition.w) * 0.5 + 0.5;
  2. float4 lightCull = SAMPLE_TEXTURE2D(_LightIndexTexture, sampler_LightIndexTexture, inputData.screenPosition);
  3. int lightIndexR = round(lightCull.r * MaxNum);
  4. int lightIndexG = round(lightCull.g * MaxNum);
复制代码
最后我们看看最终效果
项目奉上，这是我临时写的，我们项目也没用这种，肯定有一些问题，如果大家有些好的方案可以分享下。
  1. 链接：https://pan.baidu.com/s/1esO8XgsOafdKKiXLDH4i3w
  2. 提取码：62w2
复制代码

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发表于 2021-2-18 09:47 | 显示全部楼层
当前有手机游戏用延迟了吗
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发表于 2021-2-18 09:52 | 显示全部楼层
手游目前应该没有
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发表于 2021-2-18 09:52 | 显示全部楼层
马上就会有了
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发表于 2021-2-18 09:56 | 显示全部楼层
感谢分享！
这个有测过实机效率吗？尤其是cull pass大概花了几毫秒呢？全场景视锥内大概有多少盏点光呢？
我看到这么大个loop，感觉不太妙啊
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发表于 2021-2-18 09:58 | 显示全部楼层
frag里分tile，可以第一个pass取16*16像素的zmax和zmin然后保存到一张rg_float上，第二个pass再做剔除
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发表于 2021-2-18 10:05 | 显示全部楼层
这是嫌用户手机电池太大了吗……
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发表于 2021-2-18 10:06 | 显示全部楼层
我觉得……只要有ES3，还是上F+吧，毕竟代码写起来方便，ES2的手机……还要啥光源
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发表于 2021-2-18 10:13 | 显示全部楼层
我们的延迟管线经过优化带宽消耗非常低，消耗比forward低多了
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发表于 2021-2-18 10:13 | 显示全部楼层
没有，这只是个小demo，实际要应用到项目还得大量验证和调整。手游同屏二三十盏灯，已经是算多的了。
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