Unity 手游多光源处理方案（低端机篇）

十二音阶囤 · 发表于 2021-2-18 09:39

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

float4 frag(Varyings input) : SV_Target
{
float depthValue = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.depthuv).r;
int lightIndexR = 0;
int lightIndexG = 0;
float4 ndc = float4(inputuv.x * 2 - 1, input.uv.y * 2 - 1, depthValue, 1);
float4 worldPos = mul(unity_MatrixInvVP, ndc);
worldPos /= worldPos.w;
//取最近的两盏灯光索引
float LightDistanceR = MAX_POINT_LIGHT_DISTANCE;
float LightDistanceG = MAX_POINT_LIGHT_DISTANCE;
for (int i = 0; i < _AdditionalLightsCount.x; i++)
{
float3 tolight = worldPos.xyz - _AdditionalLightsPosition[i].xyz;
float lightSqr = dot(tolight, tolight);
if (lightSqr > _AdditionalLightsRange[i]* _AdditionalLightsRange[i])
continue;
if (lightSqr < LightDistanceR)
{
LightDistanceG = LightDistanceR;
lightIndexG = lightIndexR;
LightDistanceR = lightSqr;
lightIndexR = i + 1;
}
else if(lightSqr < LightDistanceG)
{
LightDistanceG = lightSqr;
lightIndexG = i + 1;
}
}
return float4(lightIndexR * POINT_NUM, lightIndexG * POINT_NUM,0,1);
}

复制代码

第二步，写个LightCullPass，生成m_LightIndexTexture，代码如下

using System;
namespace UnityEngine.Rendering.Universal.Internal
{
/// <summary>
/// Render all objects that have a &#39;DepthOnly&#39; pass into the given depth buffer.
///
/// You can use this pass to prime a depth buffer for subsequent rendering.
/// Use it as a z-prepass, or use it to generate a depth buffer.
/// </summary>
public class LightCullPass : ScriptableRenderPass
{
Material m_SamplingMaterial;
private RenderTargetIdentifier source { get; set; }
private RenderTargetHandle destination { get; set; }
const string m_ProfilerTag = &#34;LightCull Prepass&#34;;
ProfilingSampler m_ProfilingSampler = new ProfilingSampler(m_ProfilerTag);
/// <summary>
/// Create the DepthOnlyPass
/// </summary>
public LightCullPass(RenderPassEvent evt, Material samplingMaterial)
{
m_SamplingMaterial = samplingMaterial;
renderPassEvent = evt;
}
/// <summary>
/// Configure the pass
/// </summary>
public void Setup(
RenderTargetIdentifier source, RenderTargetHandle destination)
{
this.source = source;
this.destination = destination;
}
public bool Setup(ref RenderingData renderingData)
{
int lightCount = renderingData.lightData.additionalLightsCount;
if (lightCount == 0)
return false;
return true;
}
public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
{
RenderTextureDescriptor descriptor = cameraTextureDescriptor;
descriptor.colorFormat = RenderTextureFormat.RGB565;// RenderTextureFormat.RGInt;
descriptor.bindMS = false;
descriptor.enableRandomWrite = false;
descriptor.depthBufferBits = 0;
descriptor.sRGB = false;
descriptor.useMipMap = false;
descriptor.dimension = TextureDimension.Tex2D;
cmd.GetTemporaryRT(destination.id, descriptor, FilterMode.Point);
}
/// <inheritdoc/>
public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
{
if (m_SamplingMaterial == null)
{
Debug.LogErrorFormat(&#34;Missing {0}. {1} render pass will not execute. Check for missing reference in the renderer resources.&#34;, m_SamplingMaterial, GetType().Name);
return;
}
CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(m_ProfilerTag);
RenderTargetIdentifier opaqueColorRT = destination.Identifier();
Blit(cmd, source, opaqueColorRT, m_SamplingMaterial);
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
CommandBufferPool.Release(cmd);
}
/// <inheritdoc/>
public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd)
{
if (cmd == null)
throw new ArgumentNullException(&#34;cmd&#34;);
if (destination != RenderTargetHandle.CameraTarget)
{
cmd.ReleaseTemporaryRT(destination.id);
destination = RenderTargetHandle.CameraTarget;
}
}
}
}

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

inputData.screenPosition = (input.clipPosition.xy / input.clipPosition.w) * 0.5 + 0.5;
float4 lightCull = SAMPLE_TEXTURE2D(_LightIndexTexture, sampler_LightIndexTexture, inputData.screenPosition);
int lightIndexR = round(lightCull.r * MaxNum);
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。

链接：https://pan.baidu.com/s/1esO8XgsOafdKKiXLDH4i3w
提取码：62w2

复制代码

123456809 · 发表于 2021-2-18 09:47

当前有手机游戏用延迟了吗

塞翁364 · 发表于 2021-2-18 09:52

手游目前应该没有

123456790 · 发表于 2021-2-18 09:52

马上就会有了

我爱萨其马虞co · 发表于 2021-2-18 09:56

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

幸福341 · 发表于 2021-2-18 09:58

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

塞翁364 · 发表于 2021-2-18 10:05

这是嫌用户手机电池太大了吗……

123456825 · 发表于 2021-2-18 10:06

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

芊芊551 · 发表于 2021-2-18 10:13

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

内托体头 · 发表于 2021-2-18 10:13

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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[笔记] Unity 手游多光源处理方案（低端机篇）

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