unity的渲染路径

渲染路径 RenderingPath：

• Unity支持三种RenderingPath（渲染路径）

1. Forward Rendering Path（前向渲染路径）
2. Deffered Rendering Path（延迟渲染路径）
3. VertexLit Rendering Path（顶点照明渲染路径）（抛弃）

• 大多数情况下，一个项目只使用一种渲染路径
• 设置渲染路径：

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LightMode标签：

	标签名	描述
	Always	不管使用哪种渲染路径，该Pass总会被渲染，但不会计算任何光照
*	ForwardBase	用于向前渲染。该Pass会计算环境光，最重要的平行光，逐顶点/SH光源和Lightmaps
*	ForwardAdd	用于向前渲染。该Pass会计算额外的逐像素光源，每个Pass对应一个光源
*	Deferred	用于延迟渲染。该Pass会渲染G缓冲（G-buffer）
*	ShadowCaster	把物体的深度信息渲染到阴影映射纹理（shadowmap）或一张深度纹理中
	PrepassBase	用于遗留的延迟渲染。该pass 会渲染法线和高光反射的指数部分
	PrepassFinal	用于遗留的延迟渲染。该pass通过合并纹理，光照和自发光来渲染得到最后的颜色
	Vertex等	用于遗留的顶点照明

• 代码示例：

Pass{
    Tag{"LightMode"="ForwardBase"}
        巴拉巴拉。。。
}

• 不同的LightMode 被选择的顺序

1. VertexLit渲染路径下： 有Vertex   执行 ，没有不执行任何Pass。Always类型：只执行V的，代码靠前先执行效果混合          
2. Forward渲染路径下：有Forward 执行，无F 有Vertex 执行 ，无F无V有Deferred 不执行。Always类型：按照代码位置
3. Deferred渲染路径下：有Deferred 执行，无D 有Forward 执行， 无D无F有Vertex 执行。Always类型：不执行

• Unity 在一个时间只会执行一个渲染路径下的Pass，并不会将全部可执行Pass都渲染。

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前向渲染路径

两个缓冲区：

1. 颜色缓冲
2. 深度缓冲（决定光源是否可见）

向前渲染的三种处理光照的方式

1. 逐顶点处理(Vertex)：Not Impotant，
2. 逐像素处理(Pixel)：Important，最亮的平行光，
3. 球谐函数（Spherical Harmonics,SH）：Not Impotant，

• ProjectSetting-> Quality中的Pixel Light Count 参数，逐像素光源数量

决定一个光源使用哪种处理模式取决于它的类型和渲染模式

• 光源类型：平行光还是其他。在light组件Type中设置
• 光源的渲染模式：该光源是否重要（Important）。在light组件RenderMode中设置

ProjectSetting-> Quality中的VSync Count 参数会影响你的FPS，

• Don‘t Sync：关闭垂直同步，不建议，关闭后在不同性能的机器上，会帧率不稳定。
• EveryVBlank相当于FPS=60，但是并不是严格的60，也会高于60，但是不会高太多。当然如果机器卡，会低到50,40，甚至无下限。
• EverySecondVBlank = 30左右，具体指与上边类似。
• 如果你想设置为其他值的FPS的话，需要手动调整FPS，首先关闭垂直同步这个功能（即选择Don‘t Sync），然后在代码的Awake方法里手动设置FPS（Application.targetFrameRate = 你需要的值;）

BasePass  &  AdditionalPass

向前渲染的两种pass： 

• 对于向前渲染来说一个unity shader 会定义一个BasePass（也可以多个，如双面渲染）和一个Additional。
• 一个BasePass仅执行一次，而一个Additional会根据影响该物体的其他逐像素光源的数目被多次调用，即每个逐像素光源执行一次Additional。
• Base会先于Add被执行

    BasePass：

Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
#pragma multi_compile_fwdbase

//一个逐像素的平行光以及所有逐顶点和SH光源

/*可实现的光照效果
光照纹理
环境光
自发光
阴影（平行光的阴影）*/

   Additional Pass：

Tags{"LightMode"="ForwardAdd"}

//混合模式，光照叠加
Blend One One

#pragma multi_compile_fwdadd

//其他影响该物体的逐像素光源，每个光源执行一次Pass

/*默认情况下不支持阴影，通过替换编译指令开启阴影
//#pragma multi_compile_fwdadd_fullshadows
但这需要unity在内部使用更多的shader变种*/

#pragma multi_compile_fwdbase/fwdadd
保证unity可以为相应的类型的Pass生成所需要的shader变种，这些变种会处理不同条件下的渲染逻辑
例如：是否使用光照贴图，是否开启阴影，当前处理哪种光源类型

向前渲染可用的光照变量

名称	类型	描述
_LightColor0	float4	该pass处理逐像素光源的颜色
_WorldSpaceLightPos0	float4	_WorldSpaceLightPos0.xyz是该Pass处理逐像素光源的位置。 如果该光源是平行光，那么.w是0，其他光源类型w为1
_LightMatrix0	float4x4	从世界空间到光源空间的变换矩阵，可以用于采用cookie和光强衰减（attenuation）纹理
unity_4LightPosX0, unity_4LightPosY0, unity_4LightPosZ0	float4	仅用于BasePass。前4个非常重要的点光源在世界空间中的位置
unity_4LightAtten0	float4	仅用于BasePass。储存了前4个非常重要的点光源的衰减因子
unity_LightColor	float4[4]	仅用于BasePass。储存了前4个非常重要的点光源颜色

 

 

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顶点照明渲染路径

• 对硬件配置要求少，运算性能最高，效果最差。
• 不支持阴影，法线映射，高精度的高光反射等
• 所有可以在顶点照明中实现的功能都可以在前向渲染路径中完成
• 如果选择使用顶点照明渲染路径，那么unity会只填充那些逐顶点相关的光源变量，意味着我们不可以使用一些逐像素光照变量
• 在未来顶点照明可能会被移除

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 延迟渲染

延迟渲染主要包含两个pass：

1. 用于渲染G缓存。不计算光照，只看是否可见，仅把光照计算的相关信息（漫反射颜色，高光反射颜色，平滑度，法线，自发光，深度等）储存到G缓冲区中。这个Pass只执行一次。
2. 用于计算真正的光照模型。利用G缓冲（Geometry-buffer）中的信息进行真正的光照计算，将最终的光照颜色储存到帧缓存中。

• 延迟渲染的效率不依赖于场景的复杂程度，而是和我们使用的屏幕空间的大小有关
• 适合场景中光源数目很多的，并且每个光源都会按照逐像素的方式处理
• 缺点：

1. 不支持真正的抗锯齿（anit-aliasing）功能
2. 不能处理半透明物体
3. 对显卡有一定要求

 

默认的G缓存区包含的渲染纹理（Render texture,RT）：

• RT0：格式是ARGB32，RGB通道用于储存漫反射颜色，A通道没有被使用。
• RT1：格式是ARGB32，RGB通道用于储存高光反射颜色，A通道用于储存高光反射的指数部分。
• RT2：格式是ARGB2101010，RGB通道用于储存法线，A通道没有被使用。
• RT3：格式是ARGB32（非HDR）或ARGBHalf（HDR），用于储存自发光+lightmap+反射探针（reflection probes）。
• 深度缓冲和模板缓冲

当在第二个pass中计算光照时，默认情况下仅可以使用unity内置的Standard光照模式

 

 

延迟渲染路径中可以使用的内置变量

名称	类型	描述
_LightColor	float4	光源颜色
_LightMatrix0	float4x4	从世界空间到光源空间的变换矩阵，可以用于采样Cookie和光强衰减纹理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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参考：

《Unityshader入门精要》第九章

《Unity ShaderLab 开发实战详解》第五六七八章