URP渲染管线初步解析
URP渲染管线初步解析
LWRP现在在unity2019已经成为默认的管线了,并更名为URP(通用渲染管线),替代了原来的builtin管线,以下是应用阶段的渲染流程顺序。
步骤分析
URP整个渲染的主入口在UniversalRenderPipeline,他继承的RenderPipeline,是rsp的渲染流程关键类
PipelineSettings:这里会获取UniversalRenderPipelineAsset(也就是我们外部传入的管线的参数)
ScriptableRenderer:srp渲染器,需要把UniversalRenderPipelineAsset传给他。他是渲染核心,他会收集所有当前帧要渲染的pass,以及他会拥有渲染相关的灯光和后处理等执行方法。
PerFrameBuffer:每帧设置的缓存数据
_GlossyEnvironmentColor:主要用于PBR这块的全局光照的颜色,在Lighting.hlsl的GlossyEnvironmentReflection,可以看到他主要是全局光照的高光部分颜色。
_SubtractiveShadowColor:主要用在除了主光源外的lightmap计算的阴影颜色。在SubtractDirectMainLightFromLightmap里使用。
PerCameraBuffer:每帧摄像机的缓存数据
_InvCameraViewProj:视图空间到投影空间的转置矩阵,如果用原始矩阵乘以反向矩阵结果为identity矩阵。如果一些矩阵以一个特定的方式变换向量,反向矩阵可以将他们变换回去。例如worldToLoclaMatrix和localToWorldMatrix是互逆的。
_ScaledScreenParams:屏幕缩放参数
antiAliasing:从asset中获取msaaSampleCount
Shader.globalRenderPipeline = " UniversalPipeline ";设置全局管线为UniversalPipeline
lightsDelegate:全局光照的回调
执行到Render中执行具体渲染流程:
SetupPerFrameShaderConstants:设置全局光照的数据,设置PerFrameBuffer中的_GlossyEnvironmentColor和_SubtractiveShadowColor。
其中_GlossyEnvironmentColor是通过球形谐波方程决定颜色的,最后要转到当前颜色空间(gamma空间或线性空间)
_SubtractiveShadowColor则是直接赋值具体的除去主光源后的阴影颜色,只是也有最后转到当前颜色空间的转换。
对当前Render给过来当前有哪些相机渲染的数据来进行每个相机的渲染RenderSingleCamera。
每个相机中的渲染步骤如下:
CullResults.GetCullingParameters:获取相机下的裁剪参数,如果返回false说明没有聂荣,不需要渲染这个相机。如果需要考虑到类似vr等情况需要区分左右眼的摄像机时需要把stereoAware设置为true。
CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(k_RenderCameraTag):这里从命令缓存池中获取一个gl命令缓存,CommandBuffer主要用于收集一系列gl指令,然后之后执行。
ProfilingSample是对指定名字做性能采样。
InitializeCameraData:初始化摄像机数据。
cameraData.msaaSamples:如果数量大于1说明需要多重采样。
cameraData.isSceneViewCamera:这个是查看当前要渲染的是否在unity的scene视图。
cameraData.isOffscreenRender:屏幕外渲染,如果摄像机的targettexture存在并且不是scene视图则这个为true。
cameraData.isStereoEnabled:就是左右眼做区别的摄像机,用于vr等
cameraData.isHdrEnabled:是否支持hdr,也就是高动态范围图像,就是可以在高光情况下能看清一些光照细节,提高细节渲染。
cameraData.postProcessLayer:后处理
cameraData.postProcessEnabled:是否开启后处理
cameraData.renderScale:渲染缩放比例
cameraData.opaqueTextureDownsampling:降采样
cameraData.isDefaultViewport:如果是正常的(0,0,1,1)则是默认的
cameraData.maxShadowDistance:最大阴影范围
cameraData.requiresDepthTexture:是否启用深度纹理
cameraData.requiresOpaqueTexture:是否保存非透明颜色信息
cameraData.defaultOpaqueSortFlags:默认的非透明渲染顺序
SetupPerCameraShaderConstants
PerCameraBuffer._ScaledScreenParams:是一个vector4,包括相机像素的长宽和纹素
PerCameraBuffer._InvCameraViewProj:设置摄像机视角的逆矩阵,通过GL.GetGPUProjectionMatrix获取到当前gpu正确坐标系的投影矩阵,再跟camera.worldToCameraMatrix视图矩阵相乘得到视图到投影的矩阵,再用Matrix4x4.Inverse获取逆矩阵。
cullingParameters.shadowDistance:设置阴影距离,这里会根据摄像机最远渲染距离来获得最远可达到的距离。
ScriptableRenderContext.ExecuteCommandBuffer(cmd):执行命令缓存
cmd.Clear();清除缓存数据
CullResults.Cull:根据裁剪的参数cullingParameters和context指定的渲染指令得到裁剪的灯光,物体等。
InitializeRenderingData:初始化渲染相关数据
GetMainLight:获取主光源,如果是直线光并且mainLightRenderingMode不为LightRenderingMode.PerPixel就是主光源。
mainLightCastShadows:如果可见光存在而且阴影设置存在则为true。
additionalLightsCastShadows:如果additionalLightsRenderingMode是LightRenderingMode.PerPixel并且可见光存在并且lightType是LightType.Spot且阴影存在则为true。
InitializeLightData:初始化灯光数据,这里设置了mainLightIndex(也就是GetMainLight获取的),设置additionalLightsCount获取叠加光源的数量,maxPerObjectAdditionalLightsCount最大叠加光源数量,shadeAdditionalLightsPerVertex就是是否是叠加光源,visibleLights可视光源,supportsMixedLighting支持混合光源。
InitializeShadowData:初始化阴影数据,如果有多光源会添加LWRPAdditionalLightData到光源的gameobject上,m_ShadowBiasData会设置阴影偏移和阴影发现偏移,主要用于解决自阴影的问题。
supportsMainLightShadows支持主光源阴影 。
mainLightShadowCascadesCount是阴影的级联个数,(mainLightShadowmapWidth、mainLightShadowmapHeight)主光源阴影贴图的宽高。
mainLightShadowCascadesSplit是阴影的级联分割,supportsAdditionalLightShadows是否支持多光源阴影。
additionalLightsShadowmapWidth、additionalLightsShadowmapHeight是多光源阴影贴图的宽和高都是additionalLightsShadowmapResolution。
supportsSoftShadows支持软阴影。
supportsDynamicBatching:是否支持动态批处理,这个是lwrp的动态批处理。
设置完渲染数据后就是开始设置渲染的顺序了:
renderer.Clear():再设置之前需要清理renderer的数据,不然前一帧渲染的dc是不会清掉的,dc就会越来越高。
setupToUse.Setup(renderer, ref renderingData):默认lwrp是用DefaultRendererSetup来设置的,当然你也可以实现IRendererSetup然后传入Render来自己实现。
DefaultRendererSetup:lwrp默认会有一系列渲染过程。会再Setup中确定渲染的先后。
SetupPerObjectLightIndices设置每个对象光照信息。
CreateRenderTextureDescriptor创建rt数据信息。
GetCameraClearFlag获取当前摄像机清理方式,lwrp对这层做了一些处理,主要是对深度剔除做了一些选项
如果是渲染到纹理则用CreateLightweightRenderTexturesPass这个pass执行一次渲染。
如果有渲染前要执行的pass要实现IBeforeRender接口,并且可以多个pass。
如果支持主光源阴影投放则执行MainLightShadowCasterPass的pass。
如果支持多光源阴影投放则执行AdditionalLightsShadowCasterPass。
之后执行SetupForwardRenderingPass,这个pass是必然执行的,设置摄像机到context里。
如果支持深度贴图获取的话会执行DepthOnlyPass(requiresDepthPrepass决定是否执行他),这里会用一个rt保存深度贴图新消息。
如果支持屏幕空间阴影获取,则会执行ScreenSpaceShadowResolvePass,这里会用一个rt记录屏幕空间中的阴影贴图。
然后执行SetupLightweightConstanstPass,主要设置主光源和其他光源的颜色,位置以及其他属性。如果不设置则会是默认颜色和位置等信息。
然后执行RenderOpaqueForwardPass,这个pass定义了两个pass名,LightweightForward和SRPDefaultUnlit。然后再Execute申请cmd来做不透明渲染。
如果支持后处理则会执行OpaquePostProcessPass,里面是申请一个临时rt做相关不透明的后处理。
如果是相机是天空盒清除方式的话并且天空盒不是空的话则执行DrawSkyboxPass,里面会绘制天空盒。
如果需要天空盒处理之后执行的话需要继承IAfterSkyboxPass实现相关pass。
如果是支持深度贴图的话并且没有执行requiresDepthPrepass的话(就是前面执行DepthOnlyPass的判断)则会执行CopyDepthPass,这里主要是拷贝深度贴图到全局变量_CameraDepthAttachment中,shader可以直接获取这个变量(如果有开深度贴图获取)
如果开启了接收不透明贴图的话则执行CopyColorPass,这里主要是把不透明渲染后的颜色输出到临时rt中。
然后执行RenderTransparentForwardPass,透明渲染方式。
如果支持后处理则执行TransparentPostProcessPass,也是一样申请一个临时rt做相关透明渲染的后处理。如果不需要并且不支持屏幕外渲染并且不是渲染到纹理的则要执行FinalBlitPass,这里主要设置贴图到全局变量_BlitTex,然后把颜色blit到内置rt中。
然后如果摄像机有IAfterRender的mono则会执行pass中的GetPassToEnqueue方法。
最后还会有一个EndXRRenderingPass的渲染,这个是支持立体摄像机的情况下执行的,主要是停止立体摄像机渲染。
然后再到外面renderer.Execute(context, ref renderingData);也就是把所有pass都执行一次。(前面只是加入到列表中,并没有执行每个pass的execute)
最后需要context.Submit来提交渲染,这时相应的gpu才会根据cmd来执行所有的pass。
源码分析
渲染前阶段:
根据渲染资产初始化渲染管线
public UniversalRenderPipeline(UniversalRenderPipelineAsset asset) {SetSupportedRenderingFeatures(); //设置渲染支持功能//PerFrameBuffer类中的参数指定PerFrameBuffer._GlossyEnvironmentColor = Shader.PropertyToID("_GlossyEnvironmentColor");PerFrameBuffer._SubtractiveShadowColor = Shader.PropertyToID("_SubtractiveShadowColor");PerFrameBuffer._Time = Shader.PropertyToID("_Time"); PerFrameBuffer._SinTime = Shader.PropertyToID("_SinTime");PerFrameBuffer._CosTime = Shader.PropertyToID("_CosTime");PerFrameBuffer.unity_DeltaTime = Shader.PropertyToID("unity_DeltaTime");PerFrameBuffer._TimeParameters = Shader.PropertyToID("_TimeParameters");PerCameraBuffer._InvCameraViewProj = Shader.PropertyToID("_InvCameraViewProj");PerCameraBuffer._ScreenParams = Shader.PropertyToID("_ScreenParams");PerCameraBuffer._ScaledScreenParams = Shader.PropertyToID("_ScaledScreenParams");PerCameraBuffer._WorldSpaceCameraPos = Shader.PropertyToID("_WorldSpaceCameraPos");// Let engine know we have MSAA on for cases where we support MSAA backbufferif (QualitySettings.antiAliasing != asset.msaaSampleCount) //设置多重采样抗锯齿QualitySettings.antiAliasing = asset.msaaSampleCount;// For compatibility reasons we also match old LightweightPipeline tag.Shader.globalRenderPipeline = "UniversalPipeline,LightweightPipeline"; //设置渲染管线Lightmapping.SetDelegate(lightsDelegate); CameraCaptureBridge.enabled = true;RenderingUtils.ClearSystemInfoCache();}
渲染阶段
1.开始帧渲染
BeginFrameRendering(renderContext, cameras); //开始帧渲染
2.判断色彩空间是否为线性空间
GraphicsSettings.lightsUseLinearIntensity = (QualitySettings.activeColorSpace == ColorSpace.Linear); //色彩空间是否是线性空间
3.设置资产中的Batcher
GraphicsSettings.useScriptableRenderPipelineBatching = asset.useSRPBatcher; //设置资产中的Batcher
4.设置每帧shader参数
SetupPerFrameShaderConstants(); //设置帧着色器常量
5.排序相机
SortCameras(cameras); //排序相机
6.遍历相机/开始相机渲染/渲染单个相机/结束相机渲染
foreach (Camera camera in cameras) //遍历相机
{BeginCameraRendering(renderContext, camera); //开始相机渲染#if VISUAL_EFFECT_GRAPH_0_0_1_OR_NEWER//It should be called before culling to prepare material. When there isn't any VisualEffect component, this method has no effect.VFX.VFXManager.PrepareCamera(camera);#endifRenderSingleCamera(renderContext, camera); //渲染单个相机EndCameraRendering(renderContext, camera); //结束相机渲染}
7.结束帧渲染
EndFrameRendering(renderContext, cameras); //结束帧渲染
渲染单个相机流程(RenderSingleCamera)
源码分析
1.初始化剔除参数
if (!camera.TryGetCullingParameters(IsStereoEnabled(camera), out var cullingParameters)) //初始化剔除参数
return;
2.获取UniversalAdditionCameraData
UniversalAdditionalCameraData additionalCameraData = null;
if (camera.cameraType == CameraType.Game || camera.cameraType == CameraType.VR)
camera.gameObject.TryGetComponent(out additionalCameraData);
3.初始化CameraData,InitializeCameraData方法
InitializeCameraData(settings, camera, additionalCameraData, out var cameraData);
4.设置每个相机的shader参数
SetupPerCameraShaderConstants(cameraData);
SetupPerCameraShaderConstants方法:
//设置每个相机的shader参数
static void SetupPerCameraShaderConstants(CameraData cameraData)
{Camera camera = cameraData.camera;float scaledCameraWidth = (float)cameraData.camera.pixelWidth * cameraData.renderScale;float scaledCameraHeight = (float)cameraData.camera.pixelHeight * cameraData.renderScale;Shader.SetGlobalVector(PerCameraBuffer._ScaledScreenParams, new Vector4(scaledCameraWidth, scaledCameraHeight, 1.0f + 1.0f / scaledCameraWidth, 1.0f + 1.0f / scaledCameraHeight));Shader.SetGlobalVector(PerCameraBuffer._WorldSpaceCameraPos, camera.transform.position);float cameraWidth = (float)cameraData.camera.pixelWidth;float cameraHeight = (float)cameraData.camera.pixelHeight;Shader.SetGlobalVector(PerCameraBuffer._ScreenParams, new Vector4(cameraWidth, cameraHeight, 1.0f + 1.0f / cameraWidth, 1.0f + 1.0f / cameraHeight));Matrix4x4 projMatrix = GL.GetGPUProjectionMatrix(camera.projectionMatrix, false);Matrix4x4 viewMatrix = camera.worldToCameraMatrix;Matrix4x4 viewProjMatrix = projMatrix * viewMatrix;Matrix4x4 invViewProjMatrix = Matrix4x4.Inverse(viewProjMatrix);Shader.SetGlobalMatrix(PerCameraBuffer._InvCameraViewProj, invViewProjMatrix);}
5.获取ScriptableRenderer
ScriptableRenderer renderer = (additionalCameraData != null) ? additionalCameraData.scriptableRenderer : settings.scriptableRenderer;
6.填充剔除参数、CameraData
renderer.SetupCullingParameters(ref cullingParameters, ref cameraData);
7.性能采样
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
8.编辑器模式下Scene相机额外显示UI
#if UNITY_EDITOR
// Emit scene view UI 编辑器模式下Scene相机额外显示UI
if (cameraData.isSceneViewCamera)
ScriptableRenderContext.EmitWorldGeometryForSceneView(camer);
#endif
9.剔除
var cullResults = context.Cull(ref cullingParameters); //剔除
10.根据管线设置、CameraData、剔除结果,初始化渲染数据RenderingData
InitializeRenderingData(settings, ref cameraData, ref cullResults, out var renderingData);
11.使用ScriptableRenderer根据RenderingData,Setup并Exute渲染上下文
renderer.Setup(context, ref renderingData);
renderer.Execute(context, ref renderingData);
12.释放CommandBufferPool
CommandBufferPool.Release(cmd);
13.提交渲染上下文
context.Submit();
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