Rendering Path

Rendering Path

Rendering Path：渲染路径
　　设置：1、Player Setting，2、Camera（会覆盖PlayerSetting中的设置）
　　选择：根据渲染内容和目标平台来选择合适的Rendering Path，当一个GPU不能处理Deferred Lighting时，会自动切换到Forward Lighting，当Forward Lighting不支持时，会自动切换到Vertexx Lig。

(1)Vertex Lit：
　　最低真实度但也是最快的的渲染路径，不支持realtime shadows，建议用在旧机器或一些移动平台上。
　　所有lighting都基于顶点计算光照在一个pass里完成，不支持所有的基于pixel计算的效果，比如：shadows、normal mapping、light cookies、highly detailed specular highlights。

(2)Forward Rendering：
　　支持一盏方向光的实时阴影。
　　最亮的几盏（QualitySetting）光源按像素计算，然后，最多4盏点光源按照逐顶点计算，剩下的都按照SH计算，具体的影响因素：
　　(1)Light.RenderMode = Not Important的光源：按照per-vertex或者SH计算；
　　(2)最亮(Light.intensity和距离)的directional light：总是per-pixel；
　　(3)Light.RenderMode = Important的光源：总是per-pixel计算；
　　(4)QualitySetting.PixelLightCount指定了pixel光照的数量，如果基于上述3个规则所产生的pixel light小于此数量，则会有更多的light按照per-pixel计算，以此来降低亮度。
　　SH光照：基于vertex计算，但比vertex light要快，它只是一个近似的计算；
　　　　　　有一点CPU开销，几乎没有GPU开销，很多个SH light和一个SH light的开销完全一样；
　　　　　　SH lighting非常低频率，所以不要对SH light做太快的transform，SH light只影响diffuse lighting，由于太慢而不支持specular light。

　　渲染每个物体的过程：

　　　　1、Base Pass：应用一个逐像素的方向光、所有的逐顶点或SH的灯光；

　　　   2、Additional Pass：逐个渲染每个逐像素光照，每盏光一个pass。

　　同一个场景中每个物体的这4个点光源不一样，并且这4个point光是按照pixel优先的顺序选择的，如下图所示，场景中有很多点光源，但影响每个物体的四盏点光源会根据位置来自动选择：

(3)Deferred Lighting:
　　提供最好的光影效果，建议在有很多realtime lights的时候使用，它对硬件有一些要求。
　　light数量没有限制，且所有light都per-pixel计算。
　　原理：第一步准备N个与屏幕同大小的纹理作为渲染缓冲区，接下来向这个纹理渲染东西，一般用FBO，渲染的时候，把每个象素最终的法线值、位置、纹理信息分别渲染到这N个纹理中。
　　　　   第二步进行光照/渲染计算，将把之前得到的纹理中的值作为光照计算的输入值来计算光照。
　　不支持Deffered Lighting的shader会自动使用Forward Rendering Path。
　　优点：计算光照的计算量与场景复杂程度完全无关（三角形再多也不要紧），只与第一次渲染的像素数量和第二次渲染的光源数量成正比。这样，就可以在有限的硬件资源里使用大量的光源。避免多次（超过1次）渲染同一个像素。
　　　　   因为和场景复杂度无关，所以小的point light和spot light的开销都是很小的。
　　缺点：1、无法使用基于硬件的抗锯齿，因为每个象素都独立计算；
　　　　　2、同时渲染多个纹理，显存压力很大；
　　　　  3、没法处理半透明，半透明物体只能提出来单独渲染一次(使用Forward Rendering)；
　　　　  4、不支持MeshRender的Receive Shadows选项（只支持选中值），culling mask选项只有有限的支持(最多4个culling mask，那么意味着layer mask必须至少包含all layers - 4个layer)。

　　实现细节：
　　　　1、base pass：几个屏幕大小的buffer，分别包含depth、normals、specular power信息；
　　　　2、lighting pass：在屏幕空间计算光照(所以开销和场景复杂度无关)并存在一张lighting buffer里，只能使用Blinn-Phong的光照模式。
　　　　3、final pass：生成最终的渲染画面，物体再次被渲染，根据lighting信息、结合color textures和任何ambient/emissive lighting。

　　至少需要Shader Model3.0，2004年之后出的显卡基本上都支持延迟渲染。

 (4)渲染路径和Pass的Tag

　　Pass的LightMode Tag定义了其在渲染管线中的作用。

Pass
    {
        Tags { "LightMode " = "ForwardBase"}
        ...
    }

　　Deferred Lighting，使用PrepassBase和PrepassFinal的Pass；　　

　　Forward Lighting，使用ForwardBase和ForwardAdd的Pass；

　　　　只有ForwardAdd没有ForwardBase时，ForwardAdd不会执行，被忽略。没有平行像素光，ForwardBase输出黑色，ForwardAdd会执行。

　　Vertex Lit，使用Vertex、VertexLMRGB和VertexLM的Pass；

　　　　Vertex：无lightmap，应用所有的vertex lights；

　　　　VertexLMRGB：物体应用lightmap，lightmap为RGBM编码的PC和console平台；

　　　　VertexLM：物体应用lightmap，lightmap为double-LDR编码的mobile平台。

　　　　以上3种LightMode同时只会执行一种。

　　在任何渲染路径中，渲染阴影是都会使用ShadowCaster和ShadowCollector的Pass。

　　Always表示总是渲染，并且不应用关照。

　　默认的LightMode为Always，非法的LightMode值，也当做Asways处理。

 测试渲染路径的shader：

Shader "James/Other/TestRenderMode_All" 
{
    Properties 
    {
        _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader 
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200
        Blend One One
        
        /// 延迟渲染部分.begin
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf MyDeferred

        sampler2D _MainTex;

        struct Input 
        {
            float2 uv_MainTex;
        };
        
        inline fixed4 LightingMyDeferred_PrePass (SurfaceOutput s, half4 light)
        {
            fixed4 c;
            c.rgb = s.Albedo * light.rgb;
            c.a = s.Alpha;
            return c;
        }

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) 
        {
            o.Albedo = float3(1, 0, 0);
        }
        ENDCG
        /// 延迟渲染部分.end
        
        /// 前向渲染部分.begin
        pass
        {
            Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
            Blend one one
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"
            
            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float4 color : COLOR;
            };
            
            v2f vert(appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.color = float4(0, 1, 0, 1);
                return o;
            }
            
            float4 frag(v2f i) : COLOR
            {
                return i.color;
            }
            
            ENDCG
        }
        /// 前向渲染部分.end
        
        /// 顶点渲染部分.begin
        pass
        {
            Tags{"LightMode" = "Vertex"}
            Blend one one
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"
            
            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float4 color : COLOR;
            };
            
            v2f vert(appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.color = float4(0, 0, 1, 1);
                return o;
            }
            
            float4 frag(v2f i) : COLOR
            {
                return i.color;
            }
            
            ENDCG
        }
        /// 顶点渲染部分.end
        
    } 
    FallBack "Diffuse"
}

上面的代码中，不同的渲染路径会输出不同的颜色，而具体哪个pass生效会根据unity的render path的设置来判断。