Unity Scriptable Render Pipeline（一）

acecase · 发表于 2022-3-29 11:57

一、前言

Unity SRP是一组底层API接口，允许C#脚本对渲染管进行调配，其作作用与CommandBuffer类似。但与内置管线相比，暴露了更多的底层接口，使得其可定制化程度更高。官方基于SRP，针对不同性能需求实现了通用渲染管线 (URP)、高清渲染管线 (HDRP) 两种渲染管线，在后续章节中会进行介绍。
本章节会介绍SRP的特性与基础使用，并完成一个简单的自定义管线。Unity使用2020.3.11f，Core RP Library Package使用10.5.1。
1.1 可编程管线

为什么要推出可编程管线？

内置管线性能差：为了兼容多平台，有很多冗余处理，难以充分利用硬件性能
内置管线可扩展性差：虽然内置管线有CommonBuff可以对管线进行微调，但可处理的内容较窄，而且代码维护、阅读不太方便。

可以对哪些内容进行定制？
除了Canvas - Screen Space的UI，其它渲染内容与方式都可以自行控制。具体包括

摄像机渲染顺序、渲染方式、渲染对象
场景对象的剔除、排序、渲染
灯光处理
阴影处理
……

1.2 SRP Batcher

SRP针对相同Shader变体的渲染做了优化处理：SRP Batch。CPU向GPU提交数据后，GPU需要设置渲染状态后进行渲染。SRP Batch针对相同的Shader变体，将这部分渲染数据提交后，只进行一次状态设置，减少了渲染状态的变化。（与Unity的其它Batcher不同，SRP并不会减少DC）

二、创建一个管线

2.1 Package

创建一个内置管线工程，SRP的使用需要Core RP Library Package。

2.2 逻辑入口与资源创建

Unity每帧调用RenderPipeline.Render方法进行画面绘制，这也是处理渲染逻辑的地方。
ScriptableRenderContext是Unity低级图形接口，可以调度渲染命令。存在两种渲染调度方式：ScriptableRenderContext.ExecuteCommandBuffer和ScriptableRenderContext静态方法。在设置完命令后，通过Submit 将命令提交到GPU缓冲区。Unity中的CommandBuffer在之前章节有过介绍
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

public class FirstPipeline : RenderPipeline
{
public FirstPipeline() { }

protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)
{
      // 创建并调度命令以清除当前渲染目标
      var cmd = new CommandBuffer();
      cmd.ClearRenderTarget(true, true, Color.red);
      context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
      cmd.Release();

      // 指示可编程渲染上下文告诉图形 API 执行调度的命令
      context.Submit();
}
}
RenderPipeline只定义了处理逻辑，但逻辑需要应用到实例资源才能生效。RenderPipelineAsset用于Editor中创建RenderPipeline对应的资源。
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

[CreateAssetMenu(menuName = &#34;Rendering/FirstPipeline&#34;)]
public class FirstPipelineAsset : RenderPipelineAsset
{
protected override RenderPipeline CreatePipeline()
{
      return new FirstPipeline();
}
}
2.3 创建管线资源

创建管线资源

创建完管线资源后，可在Editor -> Project Settings -> Graphics中配置，启用自定义管线。由于此时我们只将屏幕设置为了红色，并未处理Camera，因此场景对象不会渲染（Canvas为Screen Space - Overlay不受影响）。

三、管线逻辑

在了解了管线的创建逻辑后，我们来详细处理帧处理方式，在此之前我们需要明确管线需要完成的工作。渲染的流程分为CPU准备数据、GPU设置状态、渲染，SRP处于CPU的数据处理与提交阶段。

场景加速优化：场景对象管理、Camera剔除
渲染顺序：渲染队列（Camera；不透明物体；半透明物体）、排序
渲染内容：灯光、阴影、场景对象、UI

3.1 RenderPipeline

除了处理渲染逻辑Render方法外，RenderPipelineManager还为管线处理生命周期提供了静态接口（需要手动在Render中调用）。
// 外部组件
void Start()
{
RenderPipelineManager.beginCameraRendering += BeginCameraRendering;
RenderPipelineManager.beginFrameRendering += BeginFrameRendering;
RenderPipelineManager.endCameraRendering += EndCameraRendering;
RenderPipelineManager.endFrameRendering += EndFrameRendering;
}

private void OnDestroy()
{
RenderPipelineManager.beginCameraRendering -= BeginCameraRendering;
RenderPipelineManager.beginFrameRendering -= BeginFrameRendering;
RenderPipelineManager.endCameraRendering -= EndCameraRendering;
RenderPipelineManager.endFrameRendering -= EndFrameRendering;
}

// 管线调用生命周期方法
protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)
{
RenderPipeline.BeginFrameRendering(context, cameras);
// 创建并调度命令以清除当前渲染目标
var cmd = new CommandBuffer(){ name = &#34;claer&#34;};
cmd.ClearRenderTarget(true, true, Color.red);
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
cmd.Release();

// 指示可编程渲染上下文告诉图形 API 执行调度的命令
context.Submit();
RenderPipeline.EndFrameRendering(context, cameras);
}

3.2 创建SRP Shader

创建分别创建不透明Shader与半透明Shader，并生成相应材质，用于后续测试使用。

3.3 场景对象渲染

视锥体剔除
此处的剔除是Unity的内置方法，尚不清楚具体的处理方式，也没有接口能够修改剔除逻辑。若需要对剔除算法优化，只能手动管理场景对象。
// 摄像机剔除
camera.TryGetCullingParameters(out var cullingParameters);
var cullingResults = context.Cull(ref cullingParameters);
更新着色器Camera数据
context.SetupCameraProperties(camera);
渲染场景对象
// 不透明对象
RenderCamera(context, camera, &#34;First1&#34;, SortingCriteria.CommonOpaque, RenderQueueRange.opaque);

// 半透明对象
RenderCamera(context, camera, &#34;First2&#34;, SortingCriteria.CommonTransparent, RenderQueueRange.transparent);

private void RenderCamera(ScriptableRenderContext context, Camera camera, string TagId, SortingCriteria criteria, RenderQueueRange queue)
{
RenderPipeline.BeginCameraRendering(context, camera);

// Camera剔除
camera.TryGetCullingParameters(out var cullingParameters);
var cullingResults = context.Cull(ref cullingParameters);

// 基于当前摄像机，更新内置着色器变量的值
context.SetupCameraProperties(camera);

// 渲染命令：队列、排序、光照Tag
ShaderTagId shaderTagId = new ShaderTagId(TagId);
var sortingSettings = new SortingSettings(camera) { criteria = criteria };
DrawingSettings drawingSettings = new DrawingSettings(shaderTagId, sortingSettings);
FilteringSettings filteringSettings = new FilteringSettings(queue);
context.DrawRenderers(cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings);

// 绘制天空盒
if (camera.clearFlags == CameraClearFlags.Skybox && RenderSettings.skybox != null && queue != RenderQueueRange.transparent)
{
context.DrawSkybox(camera);
}

context.Submit();

RenderPipeline.EndCameraRendering(context, camera);
}
创建两个Cube，一个使用不透明材质，另一个使用半透明材质。此时场景渲染存在4个批次：清空渲染目标；渲染一个不透明Cube；渲染天空盒；渲染半透明Cube。

3.4 Sence视图中显示UI

若Canvas类型为Screen Space，此时UI并不在我们的管线逻辑中，却仍然可以正常显示。但Sence视图下无法显示UI，因为Sence视图是以场景空间绘制UI的。此时需要我们将Game视图中的几何体提交到Sence绘制，并且UI的Shader也替换为自定义Shader，参考默认的UI-Shader逻辑处理。

Sence视图Canvas处理

参考

Scriptable Render Pipeline fundamentals
Creating a custom render pipeline
Scriptable Render Pipeline Batcher
SamUncle：关于静态批处理/动态批处理/GPU Instancing /SRP Batcher的详细剖析
SRP Core | Core RP Library | 10.5.1
Catlike Coding - Custom Pipeline
Catlike Coding - Draw Calls

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

Unity Scriptable Render Pipeline（一）

本帖子中包含更多资源