URP核心代码学习

七彩极 · 发表于 2022-1-26 17:29

本文翻译（或简要解释）UnityURP内部核心代码（或API），本篇更多是总结性的文字（比较枯燥），系统学习还是需要自行阅读源码理解。
Core RP Library/ShaderLibrary

渲染管线底层核心代码。
API文件夹
定义了一些转成对应平台的方法。一般，图形学程序才会去看。
Sampling文件夹（采样）
内置了一系列图形学采样方法。

Fibonacci（斐波纳契，整数数列）
Hammersley（哈默斯利，利用计算机使用二进制表示的特性，来构造均匀分布的2D随机采样点）
SampleUVMapping（UV映射）
Sampling（采样工具包，如：Coordinate system conversion）
ShadowSamplingTent（PCF Filtering Triangle Filter（又名：Tent Filter）阴影工具包）

ACES
Academy Color Encoding System（ACES，Academy颜色编码系统)。
AreaLighting
区域（面积）光的数学方法。
BC6H
BC6H格式是一种纹理压缩格式，设计用于支持源数据中的高动态范围 (HDR) 颜色空间。
BSDF
【基于物理的渲染（PBR）白皮书】（三）迪士尼原则的BRDF与BSDF相关总结 - 毛星云的文章 - 知乎
Color
一系列（色彩空间）颜色转换的公式。
<hr/>Common（通用方法）

Unity的世界坐标系是：Y向上和左手坐标系(注意:当从世界空间到视图空间时，在视图空间中单位是右手的，并且矩阵的行列式是负的)。Cubemap捕获(反射探针)视图空间仍然是左手的(cubemap约定)，行列式是正的。
照明代码假设1单位(1uu) == 1米。
不要使用“in”，只有“out”或“inout”作为califier，没有“inline”关键字，也没用。
浮点数写成1.0(不是1，不是1.0f，不是1.0h)。
来自ShaderLibrary的头文件不应该包含“common.hlsl”。它应该包含在使用它的.Shader(或Material.hlsl).
所有uniforms都应该在常量缓冲区中(不应该在全局名称空间中)。

【内部实现API示例】

Common intrinsic（一些平台的内部的通用实现，如：BitFieldExtract）
Common math functions（数学方法，如：DegToRad）
Texture utilities（贴图工具，如：ComputeTextureLOD）
Texture format sampling（纹理格式采样方法：Latlong和Direction的Coordinate相互转换）
Depth encoding/decoding（深度编码/解码，如：Linear01Depth）
Space transformations（空间变换，如：ComputeClipSpacePosition）
PositionInputs（自带的一个Struct数据结构）
Terrain/Brush heightmap encoding/decoding（地形/刷heightmap编码/解码）
Misc utilities（其他常见的工具包）

CommonDeprecated（弃用方法）
它们在这里保持与以前版本的兼容性。
<hr/>CommonLighting

光照公约：光的方向是向后的(-Z)。例如，在着色器代码中，光的方向是-lightData.forward

Helper functions（一些立方体贴图的公式）
Attenuation functions（光源衰减函数）
IES Helper（IES灯光贴图坐标采样）
Lighting functions（漫反射、阴影、水平遮蔽、镜面遮蔽等公式）
Helper functions（不同于上一个Helper functions，这里封装了一些数学方法，如：GetBSDFAngle）

<hr/>CommonMaterial

定义了一些常量，部分常量：被应用于clear coat properties（不能被储存在Gbuffer的属性，比如：Lit shader)

Helper functions for roughness（粗糙度工具包）
Helper for Disney parametrization（迪斯尼参数化，计算漫反射和菲涅尔颜色的计算公式）
Helper for normal blending（法线混合公式）
Helper for triplanar（三维映射公式）
Helper for detail map operation（细节映射操作： LerpWhiteTo）

<hr/>CommonShadow
就只有一个方法GetShadowPosOffset：根据表面法线计算阴影地图采样时使用的偏移量。
Debug
调试工具包。
EntityLighting
球谐光照、GI、光照贴图的工具包。
Filtering

BSpline（继承bezier曲线发展的数学曲线）
Bicubic图像插值
二阶滤波器（BiquadraticFilter）

GeometricTools
几何学工具包。

Transform functions（只包含旋转）
SolveQuadraticEquation（解：形式为:a*t^2 + b*t + c = 0的二次方程）
Intersection functions（射线碰撞检测，如：RaySphere）
Miscellaneous functions（杂项工具）

<hr/>ImageBasedLighing

基于图形的光照。

Util image based lighting（获取mipmap等级，如：基于感官粗糙度获取正确的mip级别）
Anisotropic image based lighting（各向异性）
Importance sampling BSDF functions（多重重要性采样）
Pre-integration（预积分）

<hr/>Macros
定义了很多宏（指令）。
这些宏的目的是：一些shader编译器不支持在同一个宏中做多个##连接，它需要一个间接的连接。
NormalSurfaceGrandient
GPU上的凹凸映射非参数曲面。
Packing
HLSL的pack和Unpack规则。
PerPixelDisplacement
视差遮挡贴图(POM)的实现。
PhysicalCamra
实现基于物理的相机。
Random
随机数工具包。
Refraction
折射工具包。
SDF2D
SDF（Signed Distance Field，有向距离场）
SpaceFillingCurves
对空间进行填充的曲线工具包。
SpaceTransforms
常见的空间转换函数工具包，如：TransformObjectToWorldNormal。
Tessellation
镶嵌工具包。
UnityInstancing
包括UnityInstancing的一些设置和实例属性数组。
Version
比较SHADER_LIBRARY_VERSION的版本大小方法。

#define SHADER_LIBRARY_VERSION_MAJOR 7
#define SHADER_LIBRARY_VERSION_MINOR 3

<hr/>VolumeRendering
立体渲染工具包，大部分都在计算透光率（Transmittance）、光学厚度（OpticalDepth）。

Deep Pixel Compositing（提高性能和数值稳定性）
Homogeneous Participating Media（均匀参与介质）
Height Fog（高度雾工具包）
Phase Functions（一个散射到某一个方向的概率分布函数，理解起来类似 BRDF）
Importance Sampling （一些重要的采样方法）
Miscellaneous（杂项）

<hr/>Universcal RP/ShaderLibrary

Core（必读）

记录了一些常见方法和自带了结构体（VertexPositionInputs和VertexNormalInputs）。

GetVertexPositionInputs
GetVertexNormalInputs
GetCameraPositionWS（_WorldSpaceCameraPos）
GetScaledScreenParams（_ScaledScreenParams）
AlphaDiscard（ALPHATEST开启后的cilp操作）
NormalizeNormalPerVertex（法线归一化）
Fog小工具包（MixFog、ComputeFogIntensity、ComputeFogFactor）

<hr/>DeclareDepthTexture
处理深度贴图的函数。
DeclareOpaqueTexture
处理不透明贴图的函数。
Deprecated（弃用方法）
它们在这里保持与以前版本的兼容性。
Input（必读）
一些常量的封装和翻译，如UNITY_MATRIX_M -> unity_ObjectToWorld。
<hr/>Lighting（必读）

光照公式。

Light Helpers （提供了一个抽象光（阴影）数据结构）
Attenuation Functions（衰减函数）
Light Abstraction （获取主灯光、逐对象灯光）
Structured Buffer Path（灯光和灯光索引存储在StructuredBuffer中。我们可以索引它们。目前所有的非移动平台都采用这种路径。移动GPU使用SSBO有限制(性能/没有顶点着色器支持)
UBO path（由于内存对齐，unity不支持int[]或float[]，在float4 unity_LightIndices[2]中存储了8个灯光指数）
BRDF Functions （BRDF工具包）
Global Illumination（全局光照工具包）
Lighting Functions（一些光照模型，如：兰伯特、基于物理、镜面）
Fragment Functions（提供给ShaderGraph和其它Build-in渲染器用的方法）

<hr/>MetaInput
UnityMetaPass（为光照贴图和动态GI提取表面信息的Pass块）。
ShaderGraphFunctions
翻译ShaderGraph内置函数的工具包。
<hr/>Particles（必读）

粒子相关功能。

MixParticleColor（颜色混合片段函数）
SoftParticles（根据背景像素的深度返回褪色粒子的alpha值）
CameraFade（根据相机距离返回褪色粒子的alpha值）
AlphaModulate（开启_ALPHAMODULATE_ON或_ALPHAPREMULTIPLY_ON，进行透明度调节）
Distortion（变形，又称：扰动）
BlendTexture（采样一个纹理，如果需要的话，为纹理表动画做混合）
SampleNormalTS（在正切空间中采样一个法线映射）

<hr/>Shadows（必读）

提供了阴影的内置参数，如：_CascadeShadowSplitSpheres0，_MainLightShadowOffset0。
提供了阴影采样数据格式ShadowSamplingData和采样（ShadowMap）方法。

struct ShadowSamplingData
{
half4 shadowOffset0;
half4 shadowOffset1;
half4 shadowOffset2;
half4 shadowOffset3;
float4 shadowmapSize;
};<hr/>SurfaceInput
一些材质球参数的工具包。
struct SurfaceData
{
half3 albedo;
half3 specular;
half  metallic;
half  smoothness;
half3 normalTS;
half3 emission;
half  occlusion;
half  alpha;
};UnityInput（必读）
内置参数。
<hr/>Universal RP/Shaders

Lit

Unity通用渲染管线的Lit.shader - 徒花的文章 - 知乎

RhinoFreak · 发表于 2022-1-26 17:34

Mark

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