URP屏幕后处理
由于Unity对URP的屏幕后处理需集成要到2019.4版本后才稳定，所以升级Unity版本到2019.4.9
Post Processing
在创建我们自己屏幕后处理系统前，我们需要先学会使用UnityURP管线中集成的屏后处理系统。
低于Unity2019.4版本的URP是没有Volume组件的
-
我们可以将Volume组件添加到GameObject，或者在Hierarchy面板中中右键单击并在Volume标题下选择某些内容。
- Global Volume代表后处理效果应用所有摄像机
- Box Volume会在场景中创建一个盒子区域（该区域在Scene中用BoxCollider组件显示轮廓），只有摄像机进入该区域才会应用后处理效果
- Sphere Volume是一个球形区域，效果同上
- Convex Mesh Volume允许我们使用自定义的网格区域
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在Volume组件上有如下参数
属性 描述 Mode Global：使Volume无边界并影响场景中的每一个摄像机。 Local：为Volume指定边界，Volume只影响在边界内部的射线机。 Blend Distance URP从Volume Collider开始融合的最远距离。0表示URP立即应用Volume的Override；该属性只有在非Global Volume下才出现 Weight Volume在场景中的影响值 Priority 当Volume在场景中有多个Volume时，URP通过此值决定使用哪一个Volume。URP优先使用priority更高的 Profile Profile Asset存储URP处理Volume的数据 -
点击Profile旁的New按钮，新建一个后处理配置文件，然后我们就可以通过Add Override添加各种URP内置后处理效果了。
有关URP后处理效果清单见https://docs.unity3d.com/Packages/[email protected]/manual/EffectList.html
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当我们为配置文件添加色差效果Chromatic Aberration，并开启效果后会发现，在Scene视图中已经出现了效果，但在Game视图中却没有任何变化。
接下来我们需要将场景中的摄像机开启屏幕后处理，选中场景中摄像机，在Inspector面板中找到Rendering栏下的Post Processing开关，勾选上。
现在Game中已经出现效果
这里列出URP中可用的后处理效果
- 高光（Bloom）高光效果从图片中的光亮部分的边缘长生羽毛形状的光。并且产生遮挡。Bloom中有一个Lens Dirt特征，这个可以用于产生全屏光斑。
- 通道混合器（Channel Mixer）：通道混合器提供每个颜色通道的信息，通过调整不同通道的影响可以实现不同的屏幕效果。
- 色差（Chromatic Aberration）：仿真实现了真实摄像机无法将所有颜色融合到一个点。
- 颜色调整（Color Adjustments） 调整整体的色调、亮度和对比度
- 颜色曲线（Color Curves）：通过曲线的方式调整色相、饱和度或者亮度。
- 景深（Depth Of Field）： 景深组件模拟相机镜头的聚焦特性。现实生活中，相机只能对特定距离清晰对焦。距离摄像机较远和较近的物体无法聚焦。根据模糊效果引入了Bokeh（散景），Bokeh指当图像失焦时出现在明亮区域的视觉伪像。
- 胶片颗粒（Film Grain）：Film Grain是加工摄影胶片的随机光学纹理，因为存在卤化银产生的金属银或染料云的小颗粒，其已经接收到了足够的光子。
- 镜头变形（Lens Distortion）：扭曲图片模拟真实的镜头
- 提升伽马增益（Lift Gamma Gain）：调整图像的lift、Gamma、Gain
- 运动模糊（Motion Blur）：模拟真实摄像机在拍摄运动物体时，运动速度大于曝光时间的时候出现的模糊效果。
- 帕尼尼投影（Panini Projection）：一种圆柱形投影，保持垂直方向上的垂直，在渲染大视角的时候提供更好的效果。视角120度无后处理。
- 阴影 中间色调 高光（Shadows Midtones Hightlights）：使用圆环工具进行三个熟知的调整
- 分割色调（Split Toning）：根据亮度值对不同的区域进行着色，帮助我们实现更加独特的视觉效果。可以通过此效果实现阴影和高光部分不同的色调。
- 色调映射（Tonemapping）：在屏幕上重新映射HDR的过程
- 玩具相机（Vignette）：暗角效果和去饱和，现实中造成这种结果的原因通常是堆叠滤镜，辅助镜片和不当的遮光罩。
- 白平衡（White Balance）：应用白平衡组件，消除不真实的偏色，从而使白色在图像中呈现白色。我们也可以用来呈现冷色或者暖色的渲染效果。
扩展Volume
既然我们已经学会了如何使用Volume组件，那么我们接下来所需做的就是如何去扩展该组件，增加我们的屏幕后处理效果。
解读Volume运作
首先我们可以在URP包目录下的[email protected]\Runtime\Overrides文件夹中找到，包含了所有为Volume配置文件添加的效果的属性脚本。为方便做比较，我们打开目录中的Bloom脚本，可以发现脚本中只有属性，且这些属性名对应了Volume组件中的效果属性。
然后我们可以找到一个文件[email protected]\Runtime\Passes\PostProcessPass.cs，这个PostProcessPass就是URP内置后处理的核心，它继承了ScriptableRenderPass，方便在URP管线下扩展额外的Pass通道。
所有继承ScriptableRenderPass组件的子类需要实现一个方法:
public abstract void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData);
其实该方法的作用和我们在Built-in管线下写后处理框架时用到的oid OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)方法功能是一样的，在每帧渲染，渲染管线都会调用该方法。然后我们会在该方法里通过Shader的Pass进行后处理。
其中的ScriptableRenderContext 参数我们在前面SRP尝试章节里已经见识过，它是定义自定义渲染管道使用的状态和绘制命令，使用该参数我们可以进行额外的Pass绘制。RenderingData也好理解，就是当前调用该方法的绘制信息，其中包含调用该次绘制的相机信息、光源信息、阴影信息等；注意，该参数带有ref关键字，说明我们是可以直接对这些绘制信息进行修改，并影响后续管线的成像的。
可编程渲染功能
从前面URP源代码可以看出，其实URP的后处理方式和Built-in管线下的后处理方式思路相同，都是通过C#代码去调用Shader进行后处理。但有一点不同，在Built-in管线下，后处理脚本我们是继承Mono的，直接将脚本挂在对象上就可运作（mono自动调用OnRenderImage方法）；但是URP下继承的是ScriptableRenderPass，该类是一个对象，我们由如何让他运作呢。
在我们URP管线的Inspector面板下，RendererList中有我们当前真正使用的渲染器列表，
跳转到使用渲染器的Inspector面板后我们可以看到Post ProcessData，Post ProcessData正是URP用于引用各种后处理Shader的对象。
而下方的Rederer Features则是我们的重点，它允许我们添加额外的渲染功能，也就是我们可以写一个功能脚本，在脚本中创建我们自定义的ScriptableRenderPass对象，然后添加到该列表中，后续URP管线在渲染过程中会自动调用该功能，也就是间接调用我们自定义的后处理对象，以此实现URP管线下的自定义后处理。
想要编写额外的渲染功能，我们需要将脚本继承ScriptableRendererFeature，并且实现AddRenderPasses跟Create函数。Create方法会在该功能初始化时调用，我们可以在方法中创建我们的后处理对象。AddRenderPasses将会在相机被设置渲染器时调用。
调整屏幕亮度、饱和度、对比度
既然运作方式解析了，那么进入实操环节。
创建Shader
创建Shader-Brightness Saturation And Contrast，该Shader比较简单，没有什么新的语法。
在不知道该Shader是否正确的情况下，可以创建一个Plane拖入到摄像机视野内（这很重要），再创建该Shader的材质，将材质赋给Palne。最后再给材质添加纹理，调整不同的参数，在Game中看效果是否正确。
Shader "URP/Brightness Saturation And Contrast"
{
Properties
{
// 基础纹理
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
// 亮度
_Brightness ("Brightness", Float) = 1
// 饱和度
_Saturation ("Saturation", Float) = 1
// 对比度
_Contrast ("Contrast", Float) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderPipeline" = "UniversalPipeline" }
HLSLINCLUDE
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float4 _MainTex_ST;
half _Brightness;
half _Saturation;
half _Contrast;
CBUFFER_END
ENDHLSL
Pass
{
// 开启深度测试 关闭剔除 关闭深度写入
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
HLSLPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
// 声明纹理
TEXTURE2D(_MainTex);
// 声明采样器
SAMPLER(sampler_MainTex);
struct a2v
{
float4 vertex: POSITION;
float4 texcoord: TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION;
half2 uv: TEXCOORD0;
};
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
o.pos = TransformObjectToHClip(v.vertex.xyz);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
return o;
}
half4 frag(v2f i): SV_Target
{
// 纹理采样
half4 renderTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
// 调整亮度 = 原颜色 * 亮度值
half3 finalColor = renderTex.rgb * _Brightness;
// 调整饱和度
// 亮度值（饱和度为0的颜色） = 每个颜色分量 * 特定系数
half luminance = 0.2125 * renderTex.r + 0.7154 * renderTex.g + 0.0721 * renderTex.b;
half3 luminanceColor = half3(luminance, luminance, luminance);
// 插值亮度值和原图
finalColor = lerp(luminanceColor, finalColor, _Saturation);
// 调整对比度
// 对比度为0的颜色
half3 avgColor = half3(0.5, 0.5, 0.5);
finalColor = lerp(avgColor, finalColor, _Contrast);
return half4(finalColor, renderTex.a);
}
ENDHLSL
}
}
Fallback Off
}
创建属性参数脚本
编写类BrightnessSaturationContrast继承VolumeComponent组件和IPostProcessComponent接口，用以继承Volume框架。
-
在方法中我们根据材质所需的三个参数亮度、饱和度、对比度创建三个属性。
public ClampedFloatParameter brightness = new ClampedFloatParameter(0f, 0, 3); public ClampedFloatParameter saturation = new ClampedFloatParameter(0f, 0, 3); public ClampedFloatParameter contrast = new ClampedFloatParameter(0f, 0, 3);
创建可编程渲染Pass脚本
创建C#脚本AdditionPostProcessPass，继承自ScriptableRenderPass，并实现Execute方法。
-
创建所需属性
//标签名，用于续帧调试器中显示缓冲区名称 const string CommandBufferTag = "AdditionalPostProcessing Pass"; // 用于后处理的材质 public Material m_Material; // 属性参数组件 BrightnessSaturationContrast m_BrightnessSaturationContrast; // 颜色渲染标识符 RenderTargetIdentifier m_ColorAttachment; // 临时的渲染目标 RenderTargetHandle m_TemporaryColorTexture01; -
创一个入口函数，用于后续渲染管线功能脚本写入参数
// 设置渲染参数 public void Setup(RenderTargetIdentifier _ColorAttachment, Material Material) { this.m_ColorAttachment = _ColorAttachment; m_Material = Material; } -
修改Execute方法，在方法中我们通过
VolumeManager.instance.stack单例获取Volume框架中所有的堆栈，在从堆栈中获取我们上一部创建的属性参数组件，由于Execute是每帧调用，所有该组件也是实时更新的。然后我们使用标签名获取一个命令缓冲区，将该命令缓冲区与Execute的参数RenderingData渲染信息一起交给Render方法进行后处理。
在后处理完成后我们调用
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);方法执行该命令缓冲区，最后释放内存。public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData) { // 从Volume框架中获取所有堆栈 var stack = VolumeManager.instance.stack; // 从堆栈中查找对应的属性参数组件 m_BrightnessSaturationContrast = stack.GetComponent(); // 从命令缓冲区池中获取一个带标签的命令缓冲区，该标签名可以在后续帧调试器中见到 var cmd = CommandBufferPool.Get(CommandBufferTag); // 调用渲染函数 Render(cmd, ref renderingData); // 执行命令缓冲区 context.ExecuteCommandBuffer(cmd); // 释放命令缓存 CommandBufferPool.Release(cmd); // 释放临时RT cmd.ReleaseTemporaryRT(m_TemporaryColorTexture01.id); } -
接下来我们编写渲染方法Render，在Render方法中我们获取属性参数组件中的参数，赋值给材质。
然后通过RenderingData对象中的相机信息创建一个临时缓冲区，然后将颜色渲染器中的颜色通过Shader进行计算后保存到临时缓冲区中。
最后在从临时缓冲区中读取出来返还到主纹理中。
// 渲染 void Render(CommandBuffer cmd, ref RenderingData renderingData) { // VolumeComponent是否开启，且非Scene视图摄像机 if (m_BrightnessSaturationContrast.IsActive() && !renderingData.cameraData.isSceneViewCamera) { // 写入参数 m_Material.SetFloat("_Brightness", m_BrightnessSaturationContrast.brightness.value); m_Material.SetFloat("_Saturation", m_BrightnessSaturationContrast.saturation.value); m_Material.SetFloat("_Contrast", m_BrightnessSaturationContrast.contrast.value); // 获取目标相机的描述信息 RenderTextureDescriptor opaqueDesc = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor; // 设置深度缓冲区 opaqueDesc.depthBufferBits = 0; // 通过目标相机的渲染信息创建临时缓冲区 cmd.GetTemporaryRT(m_TemporaryColorTexture01.id, opaqueDesc); // 通过材质，将计算结果存入临时缓冲区 cmd.Blit(m_ColorAttachment, m_TemporaryColorTexture01.Identifier(), m_Material); // 再从临时缓冲区存入主纹理 cmd.Blit(m_TemporaryColorTexture01.Identifier(), m_ColorAttachment); }
创建可编程渲染功能脚本
创建类AdditionPostProcessRendererFeature，继承ScriptableRendererFeature抽象类，并实现AddRenderPasses跟Create方法
-
设置三个参数，公开属性Shader、私有属性AdditionPostProcessPass对象和材质
// 用于后处理的Shader public Shader shader; // 后处理Pass AdditionPostProcessPass postPass; // 根据Shader生成的材质 Material _Material=null; 修改Create方法，在方法中创建AdditionPostProcessPass对象，并修改该类的渲染时机，在透明物体渲染后。
-
修改AddRenderPasses方法，在方法中通过Shader创建材质，然后从ScriptableRenderer参数中获取主纹理；接下来将纹理和材质传入AdditionPostProcessPass对象中，最后将该对象添加到渲染管线队列中。
public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData) { // 检测Shader是否存在 if (shader == null) return; // 创建材质 if (_Material==null) _Material = CoreUtils.CreateEngineMaterial(shader); // 获取当前渲染相机的目标颜色，也就是主纹理 var cameraColorTarget = renderer.cameraColorTarget; // 设置调用后处理Pass postPass.Setup(cameraColorTarget, _Material); // 添加该Pass到渲染管线中 renderer.EnqueuePass(postPass); }
配置管线
-
配置Volume组件，将BrightnessSaturationContrast属性参数组件添加到效果列表中
-
配置管线，在URP管线的配置文件中添加我们编写的渲染功能AdditionPostProcessRendererFeature
-
赋值Shader
-
修改属性参数组件的参数，以降低饱和度
完整代码
Shader——Brightness Saturation And Contrast
Shader "URP/Brightness Saturation And Contrast"
{
Properties
{
// 基础纹理
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
// 亮度
_Brightness ("Brightness", Float) = 1
// 饱和度
_Saturation ("Saturation", Float) = 1
// 对比度
_Contrast ("Contrast", Float) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderPipeline" = "UniversalPipeline" }
HLSLINCLUDE
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float4 _MainTex_ST;
half _Brightness;
half _Saturation;
half _Contrast;
CBUFFER_END
ENDHLSL
Pass
{
// 开启深度测试 关闭剔除 关闭深度写入
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
HLSLPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
// 声明纹理
TEXTURE2D(_MainTex);
// 声明采样器
SAMPLER(sampler_MainTex);
struct a2v
{
float4 vertex: POSITION;
float4 texcoord: TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION;
half2 uv: TEXCOORD0;
};
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
o.pos = TransformObjectToHClip(v.vertex.xyz);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
return o;
}
half4 frag(v2f i): SV_Target
{
// 纹理采样
half4 renderTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
// 调整亮度 = 原颜色 * 亮度值
half3 finalColor = renderTex.rgb * _Brightness;
// 调整饱和度
// 亮度值（饱和度为0的颜色） = 每个颜色分量 * 特定系数
half luminance = 0.2125 * renderTex.r + 0.7154 * renderTex.g + 0.0721 * renderTex.b;
half3 luminanceColor = half3(luminance, luminance, luminance);
// 插值亮度值和原图
finalColor = lerp(luminanceColor, finalColor, _Saturation);
// 调整对比度
// 对比度为0的颜色
half3 avgColor = half3(0.5, 0.5, 0.5);
finalColor = lerp(avgColor, finalColor, _Contrast);
return half4(finalColor, renderTex.a);
}
ENDHLSL
}
}
Fallback Off
}
BrightnessSaturationContrast
using System;
// 通用渲染管线程序集
namespace UnityEngine.Rendering.Universal
{
// 实例化类 添加到Volume组件菜单中
[Serializable, VolumeComponentMenu("Addition-Post-processing/BrightnessSaturationContrast")]
// 继承VolumeComponent组件和IPostProcessComponent接口，用以继承Volume框架
public class BrightnessSaturationContrast : VolumeComponent, IPostProcessComponent
{
// 在框架下的属性与Unity常规属性不一样，例如 Int 由 ClampedIntParameter 取代。
public ClampedFloatParameter brightness = new ClampedFloatParameter(0f, 0, 3);
public ClampedFloatParameter saturation = new ClampedFloatParameter(0f, 0, 3);
public ClampedFloatParameter contrast = new ClampedFloatParameter(0f, 0, 3);
// 实现接口
public bool IsActive()
{
return active;
}
public bool IsTileCompatible()
{
return false;
}
}
}
AdditionPostProcessPass
namespace UnityEngine.Rendering.Universal
{
///
/// 附加的后处理Pass
///
public class AdditionPostProcessPass : ScriptableRenderPass
{
//标签名，用于续帧调试器中显示缓冲区名称
const string CommandBufferTag = "AdditionalPostProcessing Pass";
// 用于后处理的材质
public Material m_Material;
// 属性参数组件
BrightnessSaturationContrast m_BrightnessSaturationContrast;
// 颜色渲染标识符
RenderTargetIdentifier m_ColorAttachment;
// 临时的渲染目标
RenderTargetHandle m_TemporaryColorTexture01;
public AdditionPostProcessPass()
{
m_TemporaryColorTexture01.Init("_TemporaryColorTexture1");
}
// 设置渲染参数
public void Setup(RenderTargetIdentifier _ColorAttachment, Material Material)
{
this.m_ColorAttachment = _ColorAttachment;
m_Material = Material;
}
///
/// URP会自动调用该执行方法
///
///
///
public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
{
// 从Volume框架中获取所有堆栈
var stack = VolumeManager.instance.stack;
// 从堆栈中查找对应的属性参数组件
m_BrightnessSaturationContrast = stack.GetComponent();
// 从命令缓冲区池中获取一个带标签的渲染命令，该标签名可以在后续帧调试器中见到
var cmd = CommandBufferPool.Get(CommandBufferTag);
// 调用渲染函数
Render(cmd, ref renderingData);
// 执行命令缓冲区
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
// 释放命令缓存
CommandBufferPool.Release(cmd);
// 释放临时RT
cmd.ReleaseTemporaryRT(m_TemporaryColorTexture01.id);
}
// 渲染
void Render(CommandBuffer cmd, ref RenderingData renderingData)
{
// VolumeComponent是否开启，且非Scene视图摄像机
if (m_BrightnessSaturationContrast.IsActive() && !renderingData.cameraData.isSceneViewCamera)
{
// 写入参数
m_Material.SetFloat("_Brightness", m_BrightnessSaturationContrast.brightness.value);
m_Material.SetFloat("_Saturation", m_BrightnessSaturationContrast.saturation.value);
m_Material.SetFloat("_Contrast", m_BrightnessSaturationContrast.contrast.value);
// 获取目标相机的描述信息
RenderTextureDescriptor opaqueDesc = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor;
// 设置深度缓冲区
opaqueDesc.depthBufferBits = 0;
// 通过目标相机的渲染信息创建临时缓冲区
cmd.GetTemporaryRT(m_TemporaryColorTexture01.id, opaqueDesc);
// 通过材质，将计算结果存入临时缓冲区
cmd.Blit(m_ColorAttachment, m_TemporaryColorTexture01.Identifier(), m_Material);
// 再从临时缓冲区存入主纹理
cmd.Blit(m_TemporaryColorTexture01.Identifier(), m_ColorAttachment);
}
}
}
}
AdditionPostProcessRendererFeature
namespace UnityEngine.Rendering.Universal
{
///
/// 可编程渲染功能
/// 必须要继承ScriptableRendererFeature抽象类，
/// 并且实现AddRenderPasses跟Create函数
///
public class AdditionPostProcessRendererFeature : ScriptableRendererFeature
{
// 用于后处理的Shader
public Shader shader;
// 后处理Pass
AdditionPostProcessPass postPass;
// 根据Shader生成的材质
Material _Material=null;
//在这里，您可以在渲染器中注入一个或多个渲染通道。
//每个摄像机设置一次渲染器时，将调用此方法。
public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
{
// 检测Shader是否存在
if (shader == null)
return;
// 创建材质
if (_Material==null)
_Material = CoreUtils.CreateEngineMaterial(shader);
// 获取当前渲染相机的目标颜色，也就是主纹理
var cameraColorTarget = renderer.cameraColorTarget;
// 设置调用后处理Pass
postPass.Setup(cameraColorTarget, _Material);
// 添加该Pass到渲染管线中
renderer.EnqueuePass(postPass);
}
// 对象初始化时会调用该函数
public override void Create()
{
postPass = new AdditionPostProcessPass();
// 渲染时机 = 透明物体渲染后
postPass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingTransparents;
}
}
}