英文原文：https://thegamedev.guru/rendering/unity-srp-overview-scriptable-render-pipeline/

? 我決定做一些研究并編寫即將推出的實驗性 Unity 功能：Scriptable Rendering Pipelines。 為什么？ 因為它關乎你，它關乎我。 但不要驚慌。 或者至少，現在還沒有。 也許甚至明年都不會，但它最終會改變你的工作方式。 你越準備好，你就會越好。

1.什么是SRP？

? Scriptable Render Pipeline (SRP) 是一種新的 Unity 系統和思維方式，它允許任何圖形程序員開發自定義的渲染循環。 這意味著，您將能夠調整、減少、擴展游戲創建幀的方式。 這將增加您優化游戲、創建自定義視覺效果、使您的系統更易于維護、修復直到現在無法修復的錯誤的潛力，但它的主要優勢在于它可以讓您更詳細地了解圖形的工作原理。 這個想法基本上與（傳統）黑盒內置渲染器相反，Unity 壟斷了所應用的渲染算法。

? 該技術隨 Unity 2018.1 Beta 一起提供。 不過要小心，它仍處于試驗階段，可能會保持這種狀態一段時間。 它的主要支柱是與 C++ 引擎緊密綁定的 C# API。 API 很可能在功能開發過程中發生變化。 它背后的主要賭注是，您將對游戲將執行的渲染過程進行更細粒度的控制。

Unity 在其代碼中提供了兩個渲染管道：

• LWRP：輕量級渲染管線
• HDRP：高清渲染管線

為了理解 SRP，有必要了解典型的每相機渲染過程的整體情況：

Culling

Drawing

Post-processing

如果您了解這些方面，請隨時跳過下一部分。

1.1 剔除

? 幀的渲染通常從剔除開始。 讓我們從一個非正式但簡單的定義開始，這將有助于我們暫時理解它。CullingCPU 過程包括獲取可渲染對象并根據相機的可見性標準對其進行過濾，以生成要渲染的對象列表。

? 可渲染對象基本上是帶有渲染器組件（如 MeshRenderer）的游戲對象，過濾只是意味著它是否會包含在列表中。 但是請注意，真正的剔除過程也會將燈光添加到等式中，但我們將跳過這些。

? 剔除很重要，因為它大大減少了 GPU 必須處理的數據量和指令量。 如果我們在洞穴中，渲染一架正在運行的飛機可能沒有意義，因為我們看不到它（但它可能會，例如它在洞穴內投射陰影）。 剔除本身需要一些處理器時間，這是引擎在平衡 CPU/GPU 負載時必須注意的事實。

? 傳入的幾何體/燈光 + 相機設置 + 剔除算法 = 要繪制的渲染器列表

1.2 渲染

? 在我們確定應該顯示哪些數據之后，我們就去做吧。 一個常見的過程可以總結為以下步驟：

清除（返回）緩沖區內容（CPU） 我們丟棄之前生成的緩沖區。 它通常是顏色和深度緩沖區，但它可能包括用于其他技術（例如延遲著色）的自定義緩沖區。

排序 (CPU) 對象根據渲染隊列進行排序（例如，從前到后不透明，從后到前透明以進行正確混合）。排序 (CPU) 根據渲染隊列對對象進行排序（例如，從前到后不透明， 并且從后到前透明以進行適當的混合）。

動態批處理 (CPU) 我們嘗試將渲染器組合為一個對象，這樣我們就可以節省繪制調用。 此優化是可選的。

命令（繪制調用）準備和調度（CPU） 對于每個渲染器，我們準備一個繪制命令及其幾何數據：頂點、uv 坐標、頂點顏色、著色器參數（如變換矩陣（MVP）、紋理 ID 等）。 沿著其數據的指令被提交給 API，API 將與驅動程序一起將這些原始信息打包并正確格式化為適合 GPU 的數據結構。

Render pipeline (GPU) 非常粗略的描述：GPU接收并處理命令； 然后 GPU 前端組裝幾何體，執行頂點著色器，光柵化器啟動，片段著色器完成它們的工作，GPU 后端管理混合，渲染目標并將所有內容寫入不同的緩沖區。

等待 GPU 完成并交換緩沖區
根據 VSync 設置，它甚至可能等待更長的時間來執行前后緩沖區交換。

這是一個過度簡化的典型渲染過程。

在 GPU 填充緩沖區（顏色、深度和可能的其他）之后，開發人員可能會選擇應用進一步的圖像增強功能。 它們包括將著色器應用于輸入紋理（創建的緩沖區）以用校正后的圖像覆蓋它們。 下面列出了一些：

效果描述性能成本

Bloom	它突出了明亮的發光區域，在源周圍營造出一種光環效果	中等的
景深 (DoF)	根據設置的參數模糊屏幕的某些部分	昂貴的
SS 抗鋸齒	柔化由有限分辨率產生的像素顏色之間的突然過渡	輕到貴
色彩校正	根據定義的規則更改顏色的行為	輕
SS 環境光遮蔽	添加接觸陰影（它使對象之間的區域變暗）	中等的

請注意，性能成本實際上取決于平臺，但作為一般規則，后期效果對于移動設備來說是令人望而卻步的。

? 它們昂貴的一個原因是每個生成的片段通常需要從幀緩沖區（在集成 GPU 的 RAM 中）進行多次讀取，進行一些計算，然后覆蓋緩沖區。 如果將此過程添加到多個后期效果中，由于生成的過度繪制，您最終會使用過多的內存帶寬。

現在我們有了初步的了解，回到我們的 SRP 主題。 還在我這兒？ 我們為什么要學習 SRP？ 它將如何影響您？

2. 為什么選擇 SRP？

? 主要問題是 Unity 的內置渲染器是單一的、巨大的黑盒渲染管道，它考慮了每個用例。 讓它如此通用需要付出很大的代價：

• 很難優化。
• 在不破壞當前項目的情況下很難改變。
• 它應該保持與以前版本的兼容性。
• 很難進行自定義渲染過程和微調項目。
• 自定義渲染代碼容易產生難以追蹤的副作用。
• 大工作室害怕受到限制。

? 這就是我打賭 Unity 決定采用 SRP 的原因。 這是一個重大舉措，因為您可以在資產商店中找到的大量軟件包需要進行調整才能與 SRP（場景光強度、材質、著色器等）一起使用。

? SRP 的優點基本上與其缺點相反，還有其他一些額外的好處，例如可以使用即將推出的工具，例如用于圖形著色器編程的 Shadergraph（最終使使用表面著色器變得罕見）。 在我看來，最大的優勢之一是通過了解渲染的工作原理，您將獲得大量的學習。

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基本 SRP

? 我基于 Unity 示例編寫了一個簡單的 SRP，以展示創建自定義渲染算法是多么容易（但沒用？）。 它首先為一個可腳本對象編寫代碼，該對象將作為 Unity 在啟動時實例化我們的 SRP 的工廠：

[CreateAssetMenu(menuName = "SRP/Create RubenPipeline")] public class RubenPipelineAsset : RenderPipelineAsset {[SerializeField] private Color _clearColor;protected override IRenderPipeline InternalCreatePipeline(){return new RubenPipelineImplementation(_clearColor);} }

? 我添加了一個虛擬的可選變量，它指示要使用的清晰顏色。 創建腳本對象實例后，您最終必須在圖形設置中分配它，以便 Unity 可以將其用于上述任務。

創建 SRP 工廠代碼后，現在我們進入真正的實現：

public class RubenPipelineImplementation : RenderPipeline {private Color _clearColor;public RubenPipelineImplementation(Color clearColor){_clearColor = clearColor;}public override void Render(ScriptableRenderContext renderContext, Camera[] cameras){base.Render(renderContext, cameras);RenderPipeline.BeginFrameRendering(cameras);// You can sort the cameras however you want hereforeach (var camera in cameras){RenderPipeline.BeginCameraRendering(camera);renderContext.SetupCameraProperties(camera);// Clearvar cb = new CommandBuffer();cb.ClearRenderTarget(true, true, _clearColor);renderContext.ExecuteCommandBuffer(cb);// 1. CullCullResults cullResults;CullResults.Cull(camera, renderContext, out cullResults);// 2. Rendervar drawRendererSettings = new DrawRendererSettings(camera, new ShaderPassName("BasicPass"));var filterRenderersSettings = new FilterRenderersSettings(true);renderContext.DrawRenderers(cullResults.visibleRenderers, ref drawRendererSettings, filterRenderersSettings);renderContext.Submit();}} }

? 這個過程部分對應于我們之前描述的通用渲染算法。 第一個任務是觸發一些事件，以便 Unity 和第三方插件可以在渲染期間注入自定義代碼：BeginFrameRendering、BeginCameraRendering。 然后，為了讓 Unity 輔助函數工作，我們通過 renderContext.SetupCameraProperties 設置一些用于繪圖的相機屬性（矩陣、FoV、透視/正交、剪切平面等）。 然后我們清除當前顏色和深度緩沖區內容，將初始顏色設置為可編寫腳本對象中提供的顏色。 我們對當前相機進行剔除處理，獲取要繪制的渲染器列表。 因此，我們繼續使用默認設置繪制剔除結果，并在準備好所有指令后，將它們提交給 API + 驅動程序。

? 在我們開始測試我們的新渲染循環之前還有一件事。 我們需要一個帶有自定義著色器的自定義材質來渲染我們的幾何體。 為此，我準備了一個可以使用它的簡單無光照著色器。 除了通過 LightMode 通道命名我們的著色器通道之外，沒有什么特別的。

Shader "Unlit/NewUnlitShader" {Properties{_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }Pass{Tags { "LightMode" = "BasicPass" }CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;};struct v2f{float2 uv : TEXCOORD0;float4 vertex : SV_POSITION;};sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{return tex2D(_MainTex, i.uv);}ENDCG}} }

現在準備好嘗試了嗎？ 是的！

我為此感到自豪嗎？ 不，但一步一步。 對于好奇的人：它在 API 方面看起來如何？ 是在聽我的吩咐嗎？ 讓我們打電話給我們的#bff RenderDoc。

? 所以它完成了我們的要求，忽略了 Unity 編輯器細節的繪制調用。 不多也不少。 你明白為什么 SRP 很棒了嗎？ 全權控制，全責，最大的責備潛力！ 我之前并沒有真正指出，但我們使用可腳本化的對象來進行 SRP 的事實確實很強大。 您可以自定義您提供的參數并在運行時更改它們。 我還沒有嘗試過，但我敢打賭，我們將能夠實時更改管道，讓我們可以隨意調整它以適應不同的設備。

預定義的渲染管線

? Unity 帶有兩個預定義的可編寫腳本的渲染管道，您可以使用它們而無需進一步復雜化。 事實上，建議您使用其中任何一個作為模板來個性化您自己的管道，因為創建和維護其中一個肯定很難，相信我。 讓我們簡要描述一下它們：

LWRP（輕量級渲染管線）：

• 針對中低端設備的特定渲染算法
• 內置渲染器的剝離版本
• 以縮放分辨率渲染游戲
• UI 以原始分辨率呈現
• 沒有實時GI

? 你可以在網上找到官方內置渲染器與 LWRP 的比較以及 LWRP 源代碼，如果你有一些（實際上，很多）空閑時間，我建議你看看。 還要檢查比較，因為每次他們改變主意時我都不會修改此博客條目。

? HDRP（高清渲染管線）針對高端設備（臺式機、PS4/XBO）并提供開箱即用的更好質量，包括延遲著色、TAA、HDR、PPAA、SSR、SSS 等。 喝杯茶，享受一段輕松而又令人興奮的源代碼閱讀時光。

性能

? 很抱歉讓您失望了，但是現在用一個經常變化的高度不穩定的 API 進行基準測試是不可行的。 我從人們對 HDRP 和 LWRP 與內置渲染器的基準測試中發現的結果不一致，幾乎沒有可比性。 我將在以后的文章中介紹這一點，但由于我在上面幾節中提到的原因，預計它會變得更好。

總結

? 我們已經看到了渲染是什么樣子，為什么 Unity 決定實現如此大的功能來支持棄用當前系統，Unity 是如何做到的，以及從今天開始渲染的開箱即用的可能性。 你可能已經意識到這篇文章是多么的簡單，但是寫得更徹底會讓大多數讀者望而卻步。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[Render] Unity SRP 概述：可编写脚本的渲染管道的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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