SRP

1 渲染基础知识

1.1 图形渲染管线

《Render-Time Rendering Third Edition》一书中将计算机图形渲染的流程划分为3个阶段

应用阶段（Application Stage）

准备好要渲染的场景数据，如相机，模型，灯光等信息，为提高性能对不可见的物体进行剔除（Culling），最后设置好每个即将渲染的模型所对应的渲染状态。渲染状态包括但不限于材质，纹理，Shader等。

几何阶段 （Geometry Stage）

该阶段运行在GPU上

1. 模型和视图变换 Model and View Transform
2. 顶点着色 Vertex Shading 顶点着色阶段的目的即确认顶点处材质的光照效果。像顶点位置，法线等数据都会通过该阶段发送到光栅化阶段。
3. 投影 Projection 该阶段就是将模型从三维空间投射到二维空间的过程 常见的投影方式有两种：正交投影，透视投影
4. 裁剪 Clipping

当图元完全处于视体内部，直接进入下个阶段

当图元完全处于视体外部，直接丢弃

当图元部分处于视体内部，对图元进行裁剪并产生新的图元

裁剪阶段即对部分处于视体内部的图元进行裁剪操作。

1. 屏幕映射 Screen Mapping

进入该阶段顶点坐标仍然是三维的，但x,y在经过上面的投影阶段已经是二维的状态。此时x,y与z坐标组成了窗口坐标系。

假设在一个窗口里对场景进行绘制，窗口最小坐标(x1, y1)，最大坐标(x2, y2)。屏幕映射首先进行平移，随后进行缩放，在映射过程中z坐标不受影响。新的x和y坐标称为屏幕坐标系，并和z坐标进入光栅化阶段。

屏幕映射阶段即是将得到的坐标映射到对应的屏幕坐标系上。

光栅化阶段（Rasterizer Stage）

1. 三角形设置 Triangle Setup 计算三角形表面的差异和三角形表面的其他相关数据
2. 三角形遍历 Triangle Traversal 扫描三角形覆盖的像素区域，并将重合的像素生产片段（fragment）。
3. 像素着色 Pixel Shading 逐像素处理着色运算
4. 合并 Merging

图形系统一般都是使用双缓冲机制，也就是最终生产的图像会输出到后台缓冲区(backbuffer)，然后交换至屏幕。合并阶段就是将前面所有片段操作（如：颜色缓冲区，alpha通道，模板缓冲区，深度测试结果等）所产生的片段颜色合并至后台缓冲区(backbuffer)。

1.2 GPU渲染管线

绿色阶段完全可以编程

蓝色阶段可配置，不可编程

灰色阶段完全固定，不可配置，不可编程

后续知识路径：

Unity中的固定管线

• Deferred Rendering
• Forward Rendering

Unity中的可编程管线

• High Definition Render Pipeline
• LightWeight Render Pipeline
• 自定义渲染管线

2 SRP概述

可编程渲染管线是一个可以通过代码控制渲染的方式的管线。

2.1 解决了什么问题

问题

传统Unity提供了一系列的内置管线供我们使用。包括前向渲染和延迟渲染。这些渲染方式是传统渲染黑盒子的缺点：

• 只能按照他们本身设计的程序执行
• 很一般，它们需要做每一件事，而不能掌控任何流程
• 不可配置。只能在预设的位置注入一些指令
• 拓展性和可修改性有限，内部较小的修改可能导致外部较大的变化 由于改变破坏项目的行为产生Unity无法修复的Bug

解决

SRP Core API 解决了上面描述的问题。其将渲染流程从原来的黑盒转向可控制、预制件、可编程的方向。

2.2 概念与过程

SRP Asset

SRP Asset本身是一个ScriptableObject，我们可以对其进行保存和版本控制。在GraphicsSetting中进行设置，Unity会使用SRP提供的渲染设置。SRP Asset提供了配置渲染管线的接口，当Unity实现第一次渲染的时候，其会调用InternalCreatePipelineCreatePipeline，Asset会返回一个SRP Instance。

[ExecuteInEditMode]

public

class

BasicAssetPipe
 :
RenderPipelineAsset


{


public
 Color clearColor = Color.green;


#
if
 UNITY_EDITOR


// Call to create a simple pipeline


 [UnityEditor.MenuItem(
"SRP-Demo/01 - Create Basic Asset Pipeline"
)]


static

void

CreateBasicAssetPipeline
(
)


{


var
 instance = ScriptableObject.CreateInstance<BasicAssetPipe>();

 UnityEditor.AssetDatabase.CreateAsset(instance,
"Assets/BasicAssetPipe.asset"
);

 }


#
endif


protected

override
 RenderPipeline
CreatePipeline
(
)


{


return

new
 BasicPipeInstance(clearColor);

 }

}

SRP Instance

SRP Asset控制配置，但是SRP Instance是真正的渲染的切入点，渲染的逻辑都在SRP Instance中。SRP Instance中包括一个Render function，此方法包括两个变量：ScriptableRenderContext（Command Buffer用于排列渲染相关操作）、Camera（需要渲染的摄像机）。

public

class

BasicPipeInstance
 :
RenderPipeline


{


private
 Color m_ClearColor = Color.black;


public

BasicPipeInstance
(
Color clearColor
)


{

 m_ClearColor = clearColor;

 }


protected

override

void

Render
(
ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras
)


{


// clear buffers to the configured color


var
 cmd =
new
 CommandBuffer();

 cmd.ClearRenderTarget(
true
,
true
, m_ClearColor);

 context.ExecuteCommandBuffer(cmd);

 cmd.Release();

 context.Submit();

 }

}

SRP使用Unity中的CommandBuffers提供相关操作，CommandBuffers中的顺序是根据context传入的数据排序。SRP渲染最后一步需要调用context.Submit()方法，这一步执行render context中相关指令。

SRP Context

SRP渲染使用了延迟执行的方法。如果我们创建了一系列指令并执行它们。用于创建指令的的对象叫ScriptableRenderContext作为一个参数传给Render方法。

SRP中的Culling

• 视锥剔除：只计算在摄像机近裁剪面和远裁剪面之间的游戏物体
• 遮挡剔除：计算那些物体被遮挡了，并将被遮挡的物体进行剔除。

Unity开始渲染第一步是计算哪些可以渲染。这包括选择一个摄像机和进行剔除操作。剔除操作返回一个被摄象机渲染的游戏物体和光照的列表。SRP将在之后的渲染管线中使用这些游戏物体。SRP提供了很多关于剔除的相关API。

//Parameters controlling culling process in CullingResults


ScriptableCullingParameters cullingParams;

Camera.main.TryGetCullingParameters(
out
 cullingParams);

//doing culling for each camera


CullingResults cullingResults =
new
 CullingResults();

cullingResults = context.Cull(
ref
 cullingParams);

SRP中的 Drawing

在SRP中draw需要在culling步骤完成之后进行。

在渲染管线中可配置的部分很多，有一些我们需要在工作之前进行确认：

• 渲染管线的目标硬件、
• 想实现的特殊视觉效果
• 项目的类型

具体的选项：

• HDR vs LDR
• Linear vs Gamma
• MSAA vs Post Process anti-aliasing
• Physically-based Materials vs Simple Materials
• Lighting vs No Lighting
• Lighting technique
• Shadowing technique

实例1:过滤：Render Buckets and Layers

无光照，渲染一些不透明的物体

游戏物体有很多的类别，Unity使用队列的方式对其渲染。这些队列来自Unity存放GameObjects的buckets。当SRP渲染场景的时候，可以指定buckets的范围。

在buckets，可以使用标准的Unity Layers进行过滤。

var
 opaqueRange =
new
 FilteringSettings();

//FilteringSettings.renderQueueRange : Render objects whose material render queue in inside this range


//这里的渲染队列在[0,GeometryLast]之间是为不透明对象，在[GeometryLast,5000]之间被视为半透明对象。


opaqueRange.renderQueueRange =
new
 RenderQueueRange(
0
, (
int
)RenderQueue.GeometryLast);

//layerMask - Only render objects in the given layer mask


//Include all layers


opaqueRange.layerMask = ~
0
;
//??????不懂

实例2：绘制设置：物体如何被绘制出来的

通过前面的filtering和culling的过程，SRP决定了那些是需要渲染的对象，但是还需要进行如何绘制的设置.SRP提供了大量的可选择配置来渲染那些通过了过滤的游戏物体。用于配置的结构体叫做 DrawRenderSettings：允许我们进行配置：

Sorting - 渲染游戏物体的顺序，比如从前向后或从后向前

Per-Renderer flags - 那些内置的设置要Unity传给Shader，这包括像预置的光线探针(probe)、预置的光线贴图

Rendering flags - SRP batching的算法，像instancing 或者 non-instancing

Shader Pass - 当前渲染批次使用哪个Shader pass

//Setting for DrawRenderers.describes how to sort visible objects are sorted and which shader passes to use.


//SortingSettings - This struct describes the methods to sort objects during rendering.


var
 ds =
new
 DrawingSettings(
new
 ShaderTagId(
"Opaque"
),
new
 SortingSettings(Camera.main));

ds.enableInstancing =
true
;

//what kind of per-object data to setup during rendering. pass lightprobe and lightmap data to each renderer


ds.perObjectData = PerObjectData.LightProbe | PerObjectData.Lightmaps;

创建一个DrawingSettings对象，并设置这个对象的一些属性。

在完成上面的两个步骤后就可以进行绘制了

Free Camera

添加一个Free Camera组件，可以让摄像机通过键盘和鼠标进行简单的的移动，在Play Mode下进行移动和旋转。

Camera Switcher

Camera Switcher组件可以定义一系列相机，然后在Play Mode中通过Debug Window在这些相机之间进行切换。

2.3 Unity 渲染管线框架

Build-In Render 内置渲染器（默认）兼容太多，反而不能面面俱到，效果不好

Scriptable Render Pipline 可编程渲染管线技术，是Unity提供的新渲染系统，可用C#脚本定制Unity的渲染过程，但自己定制渲染管线对编程要求很高，难度大，所以Unity提供里2个预制的管线，基本上涵盖了我们所有的需求，使用时不需要太底层的技术要求！

High Definition Render Pipeline (HDRP): 高分辨率渲染管线，适用于PC或主机上的AAA级别游戏，同时支持Forward and Deferred 渲染。专注于高端图形渲染，针对高端硬件配置，像PC、XBox 和Playstation，其面向高逼真度的游戏、图形demo和建筑渲染、超写实效果，以及所需的最佳图形效果。同时针对高端图形处理时，它要比内置渲染器要快得多，但如果用来做low poly风格的作品就有点杀鸡用牛刀了，纯属浪费资源和时间；但要想得到完成利用HDRP的完美表现能力，需要大量的贴图，漫反射贴图、高光贴图、金属贴图、平滑贴图、AO贴图、法线贴图、凹凸贴图、高度贴图…So,要做HDRP流程需要非常长的时间和庞大的制作团队，还有充足的预算！建议5人以下的小团队慎入！

Universal Render Pipleline 通用管线流程（URP前身为Lightweight Render Pipeline — LWRP轻量级渲染管线），专注于性能，适用于移动端，URP是选了不会错的渲染管线，它被设计为能够在任何平台上都能提供最好的性能，所以除非有特殊需求只能在HDRP或者SRP解决的，其他都应该选择URP，不管是移动端、主机、PC等，URP都能提供高性能的渲染，目前URP能做的也非常多，它拥有很多HDRP相同的功能，但为了在所有平台达到更好的性能，其做了一定的缩减，但这并不意味着URP做不出漂亮的游戏；

LWRP使用Forward渲染。LWRP使用LWRP和LWRP-VR两种模板。LWRP同样使用自己的Shader，与Unity内置shader不兼容。

这两个内置管线都以package包的形式发布，都包含了Shader Graph编辑器和Post Processing后处理器。

总之

• Build-In Render Pipeline内置渲染管线是Unity提供的固定的、不可编程控制的原始的渲染管线；
• SRP是Unity提供的，一种渲染管线的实现方案——用户可以用C#编程控制渲染过程
• HDRP和URP是Unity基于SRP的方式，提供的两种渲染管线的框架，是SRP实现的两种方案

URP HDRP区别

这两种管线流程都利用里Unity新的可编程渲染管线技术，Unity正在把他们变成新的标准，shader graph，visual effect graph这些新功能都是他们的专属，这两个都是创作shader和粒子特效很棒的工具，也支持VR，不过HDRP做逼真风格的VR性能要求非常高！因为Unity实际上把所有东西渲染2次（因为有两个镜头），所以延迟渲染现在只有HDRP支持，不过对URP的支持官方已经在路上。

两者最大的区别是对光照的支持，HDRP提供高级和丰富的光照功能，比如实时全局光照（RealTime GI），能够模拟光线反射、体积光、能模拟光穿过空气中的粒子，还有重头戏的光线跟踪，一种新的光线反射和阴影渲染技术，其原理是跟踪光线在场景中放射的路径，模拟光线在真实世界里与物体交互的效果，这技术对硬件性能非常高，但能产生非常逼真的效果，可以直接用来做电影级别的预渲染作品。

Global Illumination（全局光照，缩写GI），是3D计算机图形中使用的一组算法通用名称，旨在为3D场景添加更逼真的照明效果。

另外一个区别是Shader，HDRP提供一系列高端的shader特效，例如高度、细节和parallax Maps，分别用于纹理的位移、细节和深度模拟，它还支持子面散射，用于模拟光线穿过很薄的物体，比如皮肤和衣物，它提供了高级的shader，像是stacklit，能够让你同时使用多个材质的属性，比如子面散射、彩虹色、各向异性和模糊参数化。

对于后处理效果，两者不相伯仲，HDRP独占的最重要效果，包括AO（环境光遮蔽）、自动曝光（模拟人眼适应不同光线条件的能力）、屏幕空间反射（模拟基于屏幕上可见物体的反射）；URP的AO支持已经在做了，但好东西不是都在HDRP，2D光照和阴影就是URP独占的，所以如果你在做2D游戏，就选URP！

另外两个管线都支持一个很Cool的特效—相机堆叠，让你能够同时用多个相机渲染。

3 总结

4 Ref

https://blog.csdn.net/Game_Builder/article/details/102805829

https://blog.csdn.net/u013477973/article/details/83312809

https://gameinstitute.qq.com/community/detail/127854

https://www.jianshu.com/p/177927be1a62

https://blog.csdn.net/weixin_41622043/article/details/107623694

https://blog.csdn.net/u013477973/article/details/83312809

https://zhuanlan.zhihu.com/p/99142987

https://zhuanlan.zhihu.com/p/93203710 （SRP翻译系列汇总）