unityURP管线学习+后处理

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了unityURP管线学习+后处理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

unityURP管线学习+后处理

一，前置知识

RenderPipeline

默认管线RenderPipeline

  • 一些流程是由代码控制开关的，比如Depth Texture这一步，如果设置了depthTextureMode，则会把所有LightMode为ShadowCaster的Pass执行一遍并存储到Depth Texture中。
  • 一些流程是由Shader 中的Tags “LightMode” “RenderType” “Queue”标注控制的。渲染时unity根据这些标签，吧Pass放在图中对应顺序运行，因此才可以实现透明物体的“先渲染不透明，再渲染透明”的操作。

Scriptable Render Pipeline可编程渲染管线

  • unity提供的自定义渲染方案，可以灵活根据需求定制。也就是说可以自己随意设定上述谁先谁后的渲染流程，以满足定制化需求。除此以外SRP还有SRP Batcher等优化。

  • 而URP就是Unity在SRP基础上定义出的一个适配大部分情况的管线。

二，URP渲染流程（代码向）

Render函数

com.unity.render-pipelines.universal@7.7.1/Runtime/UniversalRenderPipeline.cs

protected override void Render(ScriptableRenderContext renderContext, Camera[] cameras)

	//固定调用，表示一个相机即将开始渲染
    BeginFrameRendering(renderContext, cameras);
	//设置是否是线性空间、是否用SRPBatcher
    GraphicsSettings.lightsUseLinearIntensity = (QualitySettings.activeColorSpace == ColorSpace.Linear);
    GraphicsSettings.useScriptableRenderPipelineBatching = asset.useSRPBatcher;
    //设置没开环境反射时的默认SH、阴影颜色等
    SetupPerFrameShaderConstants();
    ……
    SortCameras(cameras);//根据相机深度把相机排序
    for (int i = 0; i < cameras.Length; ++i)
    
        var camera = cameras[i];
        ……
        if (IsGameCamera(camera))
        
        	//遍历主相机的CameraStack里的每一个Overlay相机，并全部渲染出来
            RenderCameraStack(renderContext, camera);
        
        else
        
            BeginCameraRendering(renderContext, camera);
            ……
            //看当前相机是否在后期Volume内，如果在则触发对应的后期效果
            UpdateVolumeFramework(camera, null);
            //渲染一个相机(剪裁、设置渲染器、执行渲染器)
            RenderSingleCamera(renderContext, camera);
            //固定调用，表示一个相机已经结束渲染
            EndCameraRendering(renderContext, camera);
        
    

    EndFrameRendering(renderContext, cameras);
  • 这里包含了相机渲染常规流程，以后会常见到：
BeginCameraRendering(context, currCamera);//开始
UpdateVolumeFramework(currCamera, currCameraData);//如果有后处理则触发
//从相机的UniversalAdditionalCameraData里提取设置参数
InitializeCameraData(baseCamera, baseCameraAdditionalData, out var baseCameraData);
//渲染耽搁相机：剪裁、设置渲染器、执行渲染器
RenderSingleCamera(context, overlayCameraData, lastCamera, anyPostProcessingEnabled);
EndCameraRendering(context, currCamera);//结束

RenderSingleCamera函数

其中最关键的是RenderSingleCamera函数：

/// <summary>
/// 渲染一个相机，其过程主要包括剪裁、设置渲染器、执行渲染器三步。
/// </summary>
/// <param name="context">渲染上下文用于记录执行过程中的命令。</param>
/// <param name="cameraData">相机渲染数据，里面可能包含了继承自基础相机的一些参数</param>
/// <param name="anyPostProcessingEnabled">如果相机需要做后期效果处理则为true，否则为false.</param>
static void RenderSingleCamera(ScriptableRenderContext context, CameraData cameraData, bool anyPostProcessingEnabled)

    Camera camera = cameraData.camera;
    //获取当前相机的渲染器renderer，URP中默认使用的是ForwardRenderer
    var renderer = cameraData.renderer;
    if (renderer == null)
    
        Debug.LogWarning(string.Format("Trying to render 0 with an invalid renderer. Camera rendering will be skipped.", camera.name));
        return;
    
	//获取相机视锥裁剪参数,保存在变量cullingParameters里
    if (!camera.TryGetCullingParameters(IsStereoEnabled(camera), out var cullingParameters))
        return;

    ScriptableRenderer.current = renderer;
    bool isSceneViewCamera = cameraData.isSceneViewCamera;
	//申请一个CommandBuffer来执行渲染命令
    ProfilingSampler sampler = (asset.debugLevel >= PipelineDebugLevel.Profiling) ? new ProfilingSampler(camera.name): _CameraProfilingSampler;
    CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(sampler.name);
    
    using (new ProfilingScope(cmd, sampler))
    
    	//重置渲染对象及执行状态，清空pass队列
        renderer.Clear(cameraData.renderType);
        //根据cameraData设置好cullingParameters，包含shadowDistance等
        renderer.SetupCullingParameters(ref cullingParameters, ref cameraData);
        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);//执行渲染命令
        cmd.Clear();//清空CommandBuffer
        ……
		//根据剪裁参数计算剪裁结果cullResults，后续要从cullResults中筛选要渲染的元素。
        var cullResults = context.Cull(ref cullingParameters);
        //用剪裁结果cullResults、灯光等可变数据 初始化渲染数据renderingData
        InitializeRenderingData(asset, ref cameraData, ref cullResults, anyPostProcessingEnabled, out var renderingData);
        ……
		//根据渲染数据renderingData，筛选需要的pass进队列
        renderer.Setup(context, ref renderingData);
        //执行队列中的渲染pass
        renderer.Execute(context, ref renderingData);
    

    context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
    CommandBufferPool.Release(cmd);
    context.Submit();
    ScriptableRenderer.current = null;

其中的InitializeRenderingData函数

static void InitializeRenderingData(UniversalRenderPipelineAsset settings, ref CameraData cameraData, ref CullingResults cullResults,
            bool anyPostProcessingEnabled, out RenderingData renderingData)

    //这里主要处理了要不要阴影，并且addlight里只支持SpotLight的阴影
    ……

    renderingData.cullResults = cullResults;
    renderingData.cameraData = cameraData;
    //
    InitializeLightData(settings, visibleLights, mainLightIndex, out renderingData.lightData);
    InitializeShadowData(settings, visibleLights, mainLightCastShadows, additionalLightsCastShadows && !renderingData.lightData.shadeAdditionalLightsPerVertex, out renderingData.shadowData);
    ……
  • InitializeLightData设置了最大灯光数maxPerObjectLights，GLES 2最多四盏，其余最多八盏，如下图。
  • InitializeShadowData看到：
    1. 默认光照在pipelineasset设置，特殊光照在光源的UniversalAdditionalLightData组件设置
    2. 屏幕空间阴影需要设备GLES 2以上才支持
    3. 阴影质量由shadowmap分辨率和cascade数共同决定

其中的ForwardRenderer类

ForwardRenderer继承于ScriptableRenderer，它维护了一个ScriptableRenderPass的列表，在每帧前王列表里新增pass，然后执行pass渲染画面，每帧结束再清空列表。它的渲染资源被序列化为ScriptableRendererData。

ScriptableRenderer里的核心函数Setup和Execute每帧都会执行，其中Setup会把要执行的pass加入列表，Execute将列表里的pass按渲染顺序分类提取并执行。

ForwardRenderer下Setup函数（重点）

主要是将需要的pass加入渲染队列中。

public override void Setup(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)

	……
    //1，渲染深度纹理的相机，只加入RenderFeature、不透明物体、天空盒、半透明物体的Pass
    bool isOffscreenDepthTexture = cameraData.targetTexture != null && cameraData.targetTexture.format == RenderTextureFormat.Depth;
    if (isOffscreenDepthTexture)
    
    	……
        for (int i = 0; i < rendererFeatures.Count; ++i)
        
            if(rendererFeatures[i].isActive)
                rendererFeatures[i].AddRenderPasses(this, ref renderingData);
        
        EnqueuePass(m_RenderOpaqueForwardPass);
        EnqueuePass(m_DrawSkyboxPass);
        ……
        EnqueuePass(m_RenderTransparentForwardPass);
        return;
    
    //获取cameraData、UniversalRenderPipeline.asset、renderingData中的各种参数供判断用
    ……
    // 2，如果需要ColorTexture就设置颜色缓冲为m_CameraColorAttachment；如果需要DepthTexture就设置深度缓冲为m_CameraDepthAttachment
    //需要渲染到ColorTexture的条件包括：打开MSAA、打开RenderScale、打开HDR、打开Post-Processing、打开渲染到OpaqueTexture、添加了自定义ScriptableRendererFeature等
    if (cameraData.renderType == CameraRenderType.Base)
    
        m_ActiveCameraColorAttachment = (createColorTexture) ? m_CameraColorAttachment : RenderTargetHandle.CameraTarget;
        m_ActiveCameraDepthAttachment = (createDepthTexture) ? m_CameraDepthAttachment : RenderTargetHandle.CameraTarget;
        ……
    
    else
    
        m_ActiveCameraColorAttachment = m_CameraColorAttachment;
        m_ActiveCameraDepthAttachment = m_CameraDepthAttachment;
    
    ConfigureCameraTarget(m_ActiveCameraColorAttachment.Identifier(), m_ActiveCameraDepthAttachment.Identifier());
	//3,将所有自定义的ScriptableRendererFeature加入到ScriptableRenderPass的队列中
    for (int i = 0; i < rendererFeatures.Count; ++i)
    
        if(rendererFeatures[i].isActive)
            rendererFeatures[i].AddRenderPasses(this, ref renderingData);
    
    //4,将各种通用Pass根据各自条件加入到ScriptableRenderPass的队列中
    if (mainLightShadows)
        EnqueuePass(m_MainLightShadowCasterPass);
    if (additionalLightShadows)
        EnqueuePass(m_AdditionalLightsShadowCasterPass);
    if (requiresDepthPrepass)
    
        m_DepthPrepass.Setup(cameraTargetDescriptor, m_DepthTexture);
        EnqueuePass(m_DepthPrepass);
    
    if (generateColorGradingLUT)
    
        m_ColorGradingLutPass.Setup(m_ColorGradingLut);
        EnqueuePass(m_ColorGradingLutPass);
    
    EnqueuePass(m_RenderOpaqueForwardPass);
    ……
    if (camera.clearFlags == CameraClearFlags.Skybox && (RenderSettings.skybox != null || cameraSkybox?.material != null) && !isOverlayCamera)
        EnqueuePass(m_DrawSkyboxPass);
    // 如果创建了DepthTexture，我们需要复制它，otherwise我们可以将它渲染到renderbuffer
    if (!requiresDepthPrepass && renderingData.cameraData.requiresDepthTexture && createDepthTexture)
    
        m_CopyDepthPass.Setup(m_ActiveCameraDepthAttachment, m_DepthTexture);
        EnqueuePass(m_CopyDepthPass);
    
    if (renderingData.cameraData.requiresOpaqueTexture)
    
        Downsampling downsamplingMethod = UniversalRenderPipeline.asset.opaqueDownsampling;
        m_CopyColorPass.Setup(m_ActiveCameraColorAttachment.Identifier(), m_OpaqueColor, downsamplingMethod);
        EnqueuePass(m_CopyColorPass);
    
    ……
    if (transparentsNeedSettingsPass)
        EnqueuePass(m_TransparentSettingsPass);
    EnqueuePass(m_RenderTransparentForwardPass);
    EnqueuePass(m_OnRenderObjectCallbackPass);
    ……
    //5,如果是最后一个渲染的相机，则将一些需要最后Blit的Pass加入到ScriptableRenderPass的队列中。
    if (lastCameraInTheStack)
    
        // 后处理得到最终的渲染目标，不需要 final blit pass.
        if (applyPostProcessing)
        
            m_PostProcessPass.Setup(……);
            EnqueuePass(m_PostProcessPass);
        
        if (renderingData.cameraData.captureActions != null)
        
            m_CapturePass.Setup(m_ActiveCameraColorAttachment);
            EnqueuePass(m_CapturePass);
        
        ……
        // 执行FXAA或者需要在AA之后做的后处理.
        if (applyFinalPostProcessing)
        
            m_FinalPostProcessPass.SetupFinalPass(sourceForFinalPass);
            EnqueuePass(m_FinalPostProcessPass);
        
        // We need final blit to resolve to screen
        if (!cameraTargetResolved)
        
            m_FinalBlitPass.Setup(cameraTargetDescriptor, sourceForFinalPass);
            EnqueuePass(m_FinalBlitPass);
        
    
    else if (applyPostProcessing)
    
        m_PostProcessPass.Setup(……);
        EnqueuePass(m_PostProcessPass);
    
    ……

可以看到可用的pass有MainLightShadowCasterPass、AdditionalLightsShadowCasterPass，DepthPrePass，ScreenSpaceShadowResolvePass，ColorGradingLutPass，RenderOpaqueForwardPass，DrawSkyboxPass，CopyDepthPass，CopyColorPass，TransparentForwardPass，RenderObjectCallbackPass，PostProcessPass，CapturePass，FinalPostProcessPass，FinalBlitPass等等。

  • 注意这里比默认管线多了CopyColor和CopyDepth两个步骤（水面折射时抓取color用，但无法多重折射）
ForwardRenderer下Execute函数（重点）

用于执行各个队列里的pass

public void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)

    ……
    //1，把m_ActiveRenderPassQueue中的pass进行排序.
    SortStable(m_ActiveRenderPassQueue);
	……
	//2，按照每个pass的renderPassEvent字段大小把ScriptableRenderPass分配到不同block.
    FillBlockRanges(blockEventLimits, blockRanges);
    ……
    //设置shader光照常量和光照相关keyword
    SetupLights(context, ref renderingData);
    //3，根据不同的渲染block，取出这个block所有Pass依次执行其中的渲染过程。ExecuteRenderPass+submit
    ExecuteBlock(RenderPassBlock.BeforeRendering, blockRanges, context, ref renderingData);
    ……
    // Opaque blocks...
    ExecuteBlock(RenderPassBlock.MainRenderingOpaque, blockRanges, context, ref renderingData, eyeIndex);
    // Transparent blocks...
    ExecuteBlock(RenderPassBlock.MainRenderingTransparent, blockRanges, context, ref renderingData, eyeIndex);
    // Draw Gizmos...
    DrawGizmos(context, camera, GizmoSubset.PreImageEffects);
    // In this block after rendering drawing happens, e.g, post processing, video player capture.
    ExecuteBlock(RenderPassBlock.AfterRendering, blockRanges, context, ref renderingData, eyeIndex);
	//4，cleanup所有的pass，释放RT，重置渲染对象，清空pass队列
    InternalFinishRendering(context, cameraData.resolveFinalTarget);
    ……
RenderPassEvent字段大小：
 public enum RenderPassEvent
 
   BeforeRendering = 0,
   BeforeRenderingShadows = 50, // 0x00000032
   AfterRenderingShadows = 100, // 0x00000064
   BeforeRenderingPrepasses = 150, // 0x00000096
   AfterRenderingPrePasses = 200, // 0x000000C8
   BeforeRenderingOpaques = 250, // 0x000000FA
   AfterRenderingOpaques = 300, // 0x0000012C
   BeforeRenderingSkybox = 350, // 0x0000015E
   AfterRenderingSkybox = 400, // 0x00000190
   BeforeRenderingTransparents = 450, // 0x000001C2
   AfterRenderingTransparents = 500, // 0x000001F4
   BeforeRenderingPostProcessing = 550, // 0x00000226
   AfterRenderingPostProcessing = 600, // 0x00000258
   AfterRendering = 1000, // 0x000003E8

三，后处理

  • URP后处理是有4部分组成，分别是渲染器(Forward Renderer)— 后处理(Volume) — Pass模块 —Shader：

3.1 RenderFeature后处理

  • RenderFeature是用来拓展Pass的，依附于ForwardRenderer，可以在渲染的某个时机插入一次渲染命令（例如渲染不透明后描边、渲染半透明后滤镜等），因此一般的全屏渲染后处理可以使用RenderFeature处理。
  • 「注意：在URP里原MonoBehaviour里的OnRenderImage函数被取消了，需要使用ScriptableRenderPass 来完成类似功能」

RenderFeature在URPTest_Renderer.asset文件的面板下可以看到，写好类后通过“Add Renderer Feature”新增：

按照下图步骤creat RenderFeature类文件：

  • 创建RenderFeature后处理类需要继承ScriptableRendererFeature类，再加两个类组成简单逻辑：

    1. CustomRenderPass类，继承ScriptableRenderPass类，包含核心渲染逻辑。
    2. XXXSettings类，用于在RenderFeature面板上传参。

  • 大致代码结构如下：

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class XXXTest : ScriptableRendererFeature

	[System.Serializable]
    public class XXXSettings
    
    	//指定该RendererFeature在渲染流程的哪个时机插入
    	public RenderPassEvent renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingTransparents;
    	//需要搭载一个材质设定
        public Material material = null;
    

	public class CustomRenderPass : ScriptableRenderPass
	
		//在渲染执行前被调用，可以在这里配置render target，初始化状态，创建临时的渲染纹理        
		public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
		//后处理的逻辑和渲染核心函数，基本相当于内置管线的OnRenderImage函数
		public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
		//完成渲染相机后调用，用于释放本次渲染流程创建的分配资源
		public override void FrameCleanup ( CommandBuffer)
	

	public XXXSettings settings = new XXXSettings();
    CustomRenderPass scriptablePass;

    public override void Create()

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
  • 其中Create()进行初始化操作，可以把settings里的参数从面板上赋予给CustomRenderPass：
public override void Create()

    scriptablePass = new CustomRenderPass();
    scriptablePass.material = settings.material;
    scriptablePass.renderPassEvent = settings.renderPassEvent;
    scriptablePass.Scale = settings.Scale;
  • AddRenderPasses()将CustomRenderPass加入队列，也可以在这里把相机输出给到CustomRenderPass（需要增加Setup函数）。
public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)

	scriptablePass.Setup(renderer.cameraColorTarget);
    renderer.EnqueuePass(scriptablePass);
  • Renderer Pass里核心是Execute函数，基本相当于内置管线的OnRenderImage函数
public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)

	//另一种获取相机tex的方法
    RenderTargetIdentifier cameraColorTexture = new RenderTargetIdentifier("_CameraColorTexture");
    
	material.SetFloat("_Distance", _Distance)以上是关于unityURP管线学习+后处理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 

 0基础UnityURP渲染管线之阴影ShadowCaster-ShadowMask-Map傻傻分不清楚(代码向）


 Unity Shaders学习笔记——渲染管线


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 深入URP之Shader篇1: URP Shader概述


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