unity渲染管線及升級URP

• 一，unity渲染管線簡介
• 二，通用渲染管線URP
• 三，shader升級URP
• • 1，Builtin RP和URP中內置Shader 的對應
  • 2，總體結構
  • 3，include
  • 4，光照模式LightMode
  • 5，變體Variants
  • 6，預定義宏
  • • 輔助宏
    • 陰影貼圖
    • 紋理采樣器聲明
    • 光照、霧
  • 7，輔助函數
  • • 變換函數
    • 通用輔助函數
    • 向前渲染函數
    • 屏幕空間
    • 頂點光照
    • 深度
    • 其他
  • 7，內置變量
  • 8，后處理
• 參考資料

• 22.5.31 發現這篇只能查找參考用，實際改urp看了用處不大，urp管線下pbrshader流程看新寫的URP實現PBR shader吧

一，unity渲染管線簡介

Unity引擎的渲染管線主要分為"渲染核心庫"與"渲染策略"兩個部分, “渲染核心庫”是Unity把基于OpenGL/DirectX把渲染相關的接口函數封裝成API，這部分Unity引擎寫好后作為核心的API渲染庫?！变秩静呗浴敝傅氖荱nity引擎繪制整個游戲場景的時候，如何處理多相機，多光源，陰影投射，物體繪制，霧,自發光等。這個就叫做渲染策略，渲染管線基于一種渲染策略，調用渲染核心庫中的API，把整個游戲場景繪制出來。

渲染管線通過執行 剔除、渲染、后處理 來獲取場景的內容，并將這些內容顯示在屏幕上。不同的渲染管線具有不同的功能和性能特征，并且適用于不同的游戲、應用程序和平臺。

• unity提供三種渲染管線，內置渲染管線、通用渲染管線(URP)和高清渲染管線(HDRP)，也可以通過unity的可編程渲染管線（Scriptable Render Pipeline,SRP） API 來完全自定義渲染管線。
• 內置渲染管線是unity默認的，自定義選項有限，是向前渲染（支持任意多光源，每個光照各走一遍pass性能差）。（可以用CommandBuffer和回調進行騷操作，版穩定性不好死板）
• URP(Universal Render Pipeline)「前身LWRP–輕量級渲染管線」是用SRP寫的非侵入式輕量級自定義渲染管線，專注性能，比如只支持幾個光源但能在同一個pass計算；除了有特殊需求選它就對了。
• HDRP可以做更多復雜算法，可以在高端平臺上（PC主機等）輸出高保真圖形，支持全局光照、光線跟蹤、子面散射等，但想得到好效果需要大量貼圖，人力預算up！「因為這次主要學習URP，HDRP這里就簡單了解下。也有人說HDRP太復雜了，不如直接用ue?！?/li>

• 其主要區別在于渲染策略，不同的渲染策略對應的shader不一樣，之前學習的shader寫法都是針對向前渲染的，如果切換成URP則shader包需要重新開發?？删幊啼秩竟芫€shader語法結構還是shader lab，開發語言使用HLSL，有的也支持shader graphic。

二，通用渲染管線URP

• URP相對內置管線的優點：

• 開源。
• 渲染路徑為單Pass Forward Rendering，DrawCall數量大大下降（支持動態燈光數量受GPU限制），陰影處理性能也好很多。（內置多光源時需要FowardAdd Pass，因此以前后用烘焙light map）
• 拓展性好，拓展入口相當于CommandBuffer的可視化操作；新設計取代了GrabPass結構，可以提供Opaque Texture。
• SRP Batcher，對shader的批處理，只要著色器變體一樣的都一起批處理。并將shader材質數據保存在Gpu中用時綁定，而不是每次用時從緩沖區上傳，以此減少渲染狀態設置的CPU開銷—比如glUniform4fv等設置?！缸凅w是指shader中通過關鍵字設置的不同邏輯功能或者shader設置參數不同的，就是不同變體」

• 與默認管線功能對比見URP與內置渲染管線功能對照表

• URP與unity版本對應：
  

三，shader升級URP

1，Builtin RP和URP中內置Shader 的對應

2，總體結構

在SubShader的Tags中添加"RenderPipeline" = “UniversalPipeline"表示該SubShader是給URP用的「HDRP設置為"HDRenderPipeline”」

并使用HLSL的宏替代CG：

Built-inURP

CGPROGRAM、HLSLPROGRAM	HLSLPROGRAM
ENDCG、ENDHLSL	ENDHLSL
CGINCLUDE、HLSLINCLUDE	HLSLINCLUDE

• HLSL是URP的首選語言，但URP也支持CG語言，因此CGPROGRAM等也能用，就是和SRP Batcher 不兼容。

在Properties中聲明的屬性需要再在HLSL 代碼中用CBUFFER聲明（為了SRP Batcher）：

TEXTURE2D(_BaseMap); SAMPLER(sampler_BaseMap);CBUFFER_START(UnityPerMaterial)half4 _BaseColor;float4 _BaseMap_ST; CBUFFER_END

fixed都不支持了，改為half或者float。

3，include

• include對應：

\Built-inURP

Core	Unity.cginc	Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl
Light	AutoLight.cginc	Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl
Shadows	AutoLight.cginc	Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl
Surface shaders	Lighting.cginc	URP內沒有，可以參考該github項目

• 示例

#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

• URP其他常用include：SpaceTransforms.hlsl、ShaderVariablesFunctions.hlsl、Common.hlsl、Input.hlsl、Color.hlsl、DeclareDepthTexture.hlsl、DeclareOpaqueTextue.hlsl
• Core.hlsl可以直接引用，UnityInput.hlsl、UnityInstancing.hlsl、SpaceTransforms.hlsl等需要帶上前綴，防止重定義。

4，光照模式LightMode

• Builtin RP和URP對應的光照模式：

Built-inURP

ForwardBase	UniversalForward
ForwardAdd	移除，開啟關鍵字_ADDITIONAL_LIGHTS解決
Deferred 以及相關	URP12.0支持
Vertex and related	移除
ShadowCaster	ShadowCaster
MotionVectors	暫不支持

• URP新增的：DepthOnly、Meta（用于烘焙光照貼圖）、Universal2D（用于2D的前向渲染）、UniversalGBuffer（延遲渲染用）、UniversalForwardOnly（延遲渲染中表示該pass用向前渲染）。

5，變體Variants

• 類似內置管線用multi_compile_fwdbase編譯ForwardBasePass；URP涉及批處理的變體，可以用#pragma multi_compile添加關鍵字設置：

#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS #pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE #pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHTS_VERTEX _ADDITIONAL_LIGHTS #pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHT_SHADOWS #pragma multi_compile _ _SHADOWS_SOFT #pragma multi_compile _ _MIXED_LIGHTING_SUBTRACTIVE

6，預定義宏

輔助宏

Built-inURP

UNITY_PROJ_COORD(a)	移除，改用 a.xy/a.w
UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type, name)	ZERO_INITIALIZE(type, name)

陰影貼圖

參考Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl

Built-inURP

UNITY_DECLARE_SHADOWMAP(tex)	TEXTURE2D_SHADOW_PARAM(textureName, samplerName)
UNITY_SAMPLE_SHADOW(tex, uv)	SAMPLE_TEXTURE2D_SHADOW(textureName, samplerName, coord3)
UNITY_SAMPLE_SHADOW_PROJ(tex, uv)	SAMPLE_TEXTURE2D_SHADOW(textureName, samplerName, coord4.xyz/coord4.w)
UNITY_SHADOW_COORDS(x)	float4 shadowCoord : TEXCOORD##x
TRANSFER_SHADOW(a)	a.shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord(worldSpacePosition)
SHADOWS_SCREEN	移除了

紋理采樣器聲明

Built-inURP

UNITY_DECLARE_TEX2D(name)	TEXTURE2D(textureName); SAMPLER(samplerName);
UNITY_DECLARE_TEX2D_NOSAMPLER(name)	TEXTURE2D(textureName);
UNITY_DECLARE_TEX2DARRAY(name)	TEXTURE2D_ARRAY(textureName); SAMPLER(samplerName);
UNITY_SAMPLE_TEX2D(name, uv)	SAMPLE_TEXTURE2D(textureName, samplerName, coord2)
UNITY_SAMPLE_TEX2D_SAMPLER(name, samplername, uv)	SAMPLE_TEXTURE2D(textureName, samplerName, coord2)
UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY(name, uv)	SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY(textureName, samplerName, coord2, index)
UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY_LOD(name, uv, lod)	SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY_LOD(textureName, samplerName, coord2, index, lod)
UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(name)	ZERO_INITIALIZE(name)

光照、霧

Built-inURP

UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT	half3(unity_SHAr.w,unity_SHAr.w,unity_SHAr.w);
UNITY_FOG_COORDS(x)	用float fogCoord : TEXCOORD##x;
UNITY_TRANSFER_FOG(o, outpos)	o.fogCoord = ComputeFogFactor(clipSpacePosition.z);
UNITY_APPLY_FOG(coord, col)	color = MixFog(color, i.fogCoord);

7，輔助函數

變換函數

Built-inURP

float4 UnityObjectToClipPos(float3 pos)	float4 TransformObjectToHClip(float3 positionOS)
float4 UnityWorldToClipPos(float3 pos)	float4 TransformWorldToHClip(float3 positionWS)
float3 UnityObjectToViewPos(float3 pos)	TransformWorldToView(TransformObjectToWorld(positionOS))
float3 UnityObjectToWorldNormal(in float3 norm)	float3 TransformObjectToWorldNormal(float3 normalOS,bool doNormalize = true)
float3 UnityWorldSpaceViewDir (float4 v)	_WorldSpaceCameraPos.xyz - positionWS
float3 UnityObjectToWorldDir (float4 v)	float3 TransformObjectToWorldDir(real3 dirOS)

通用輔助函數

Built-inURP

float3 ObjSpaceViewDir (float4 v)	TransformWorldToObject(GetCameraPositionWS()) - objectSpacePosition;
float2 ParallaxOffset (half h, half height, half3 viewDir)	移除了?？梢詮腢nityCG.cginc復制過來
fixed Luminance (fixed3 c)	real Luminance(real3 linearRgb)
fixed3 DecodeLightmap (fixed4 color)	real3 DecodeLightmap(real4 encodedIlluminance, real4 decodeInstructions)
float4 EncodeFloatRGBA (float v)	移除了。可以從UnityCG.cginc復制過來
float DecodeFloatRGBA (float4 enc)	移除了?？梢詮腢nityCG.cginc復制過來
float2 EncodeFloatRG (float v)	移除了。可以從UnityCG.cginc復制過來
float DecodeFloatRG (float2 enc)	移除了?？梢詮腢nityCG.cginc復制過來
float2 EncodeViewNormalStereo (float3 n)	移除了?？梢詮腢nityCG.cginc復制過來
float3 DecodeViewNormalStereo (float4 enc4)	移除了。可以從UnityCG.cginc復制過來

向前渲染函數

Built-inURP

float3 WorldSpaceLightDir(float4 v)	_MainLightPosition.xyz - TransformObjectToWorld(objectSpacePosition)
float3 ObjSpaceLightDir (float4 v)	TransformWorldToObject(_MainLightPosition.xyz) - objectSpacePosition
float3 Shade4PointLights (…)	用half3 VertexLighting(float3 positionWS, half3 normalWS)

屏幕空間

Built-inURP

float4 ComputeScreenPos (float4 clipPos)	float4 ComputeScreenPos(float4 positionCS)
float4 ComputeGrabScreenPos (float4 clipPos)	移除了

頂點光照

Built-inURP

float3 ShadeVertexLights (float4 vertex, float3 normal)	用half3(unity_SHAr.w, unity_SHAg.w, unity_SHAb.w) + VertexLighting(…)

深度

可直接使用 _CameraDepthTexture來采樣深度紋理，也可使用SampleSceneDepth(…) 和 LoadSceneDepth(…)來采樣。

Built-inURP

LinearEyeDepth (sceneZ)	LinearEyeDepth(sceneZ, _ZBufferParams)
Linear01Depth (sceneZ)	Linear01Depth(sceneZ, _ZBufferParams)

其他

Built-inURP

shadeSH9 (float4 normal)	SampleSH(normal)
unity_ColorSpaceLuminance	用Luminance()

7，內置變量

Built-inURP

_LightColor0	_MainLightColor
_WorldSpaceLightPos0	_MainLightPosition
_LightMatrix0	移除了。目前尚不支持
unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0	在URP中，其他光源存儲在數組/緩沖區中（取決于平臺）。使用Light GetAdditionalLight(uint i, float3 positionWS)獲取光源信息
unity_4LightAtten0	同上
unity_LightColor	同上)
unity_WorldToShadow	float4x4 _MainLightWorldToShadow[MAX_SHADOW_CASCADES + 1] 或者_AdditionalLightsWorldToShadow[MAX_VISIBLE_LIGHTS]

使用循環所有其他燈光–GetAdditionalLight()，查詢其他燈光計數–GetAdditionalLightsCount()。

8，后處理

• URP不支持OnPreCull，OnPreRender，OnPostRender和OnRenderImage。
• 支持OnRenderObject和OnWillRenderObject，但舊管線直接用有問題，需要改寫。
• UPR函數+示例：

beginCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera) endCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera) beginFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras) endFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras) void OnEnable() {RenderPipelineManager.beginCameraRendering += MyCameraRendering; }void OnDisable() {RenderPipelineManager.beginCameraRendering -= MyCameraRendering; }void MyCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera) {...if(camera == myEffectCamera){...UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera(context, camera);}... }

參考資料

unity官方文檔

知乎-Unity URP/SRP 渲染管線淺入深出

From Built-in to URP

內置到URP官方切換文檔

總結

以上是生活随笔為你收集整理的unity渲染管线及升级URP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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