如何實現最佳的跨平臺遊戲體驗？Unity成亮解密實時渲染

7月31日，2018雲創大會遊戲論壇在杭州國際博覽中心103B圓滿舉行。本場遊戲論壇聚焦探討了可能對遊戲行業發展有重大推進的新技術、新實踐，如AR、區塊鏈、安全、大數據等。

 

 

 

 

Unity大中華區技術經理成亮表示，實時渲染技術的跨平臺性能讓遊戲體驗變得更好

 

 

 

Unity大中華區技術經理成亮作了《解祕Unity2018最新實時渲染技術》的主題演講，分享了2018年Unity在實時渲染方面實現的三個重要技術，包括圖形相關的可編程渲染管線、基於渲染管線推出的Shader Graph、PostProcess工具以及ECS、Burstcom等性能相關技術。

 

 

 

成亮表示，Unity具備完整的生態環境，一直致力於解決圖形、網絡以及AR問題，讓愈來愈多的開發者作出炫酷的遊戲或者動畫。目前，Unity已經開發了大量耳熟能詳的遊戲，還爲電影行業、工業、醫療、汽車等領域提供了遠程數據分析、數據追蹤、遠程調試、貨幣化等能力。而這其中，一個關鍵的技術應用就是今年推出的實時渲染相關技術。

 

 

 

Unity實時渲染技術具備強大的跨平臺能力，主要包括圖形相關的可編程渲染管線、基於渲染管線推出的工具、以及ECS、Burstcom等性能相關的技術。

 

 

 

成亮介紹到，隨着遊戲種類愈來愈多，傳統的渲染管線已經愈來愈難以知足遊戲功能的需求。而Unity推出的可編程的渲染管線，不只可讓用戶自定義渲染流程，並且具備很是好的擴展性，在保留了經典C++內核的前提下提供了更多的接口。可編程渲染管線提供了兩套開源的模板，用戶能夠根據需求來實現定製化的功能：

 

 

 

HD（High-Definition）主要針對高端的PC平臺，這一類管線提供了更加精確的模型和高級材質，在定製渲染管線時對用戶更爲透明，對於燈光的配置也有所加強，可以幫助用戶實現很是華麗的渲染效果；

 

 

 

• Lightweight主要針對移動模塊和XR平臺，讓用戶在兼顧性能的同時能夠適配到更多的設備。它採用的Single-Pass Forward Rendering能夠支持8盞像素光在一個批次內進行渲染，並且提供了很是便利的材質升級工具。

 

 

 

隨後，成亮還詳細闡述了Unity基於渲染管線所推出的Shader Graph、Progressive Lightmapper和Post-processing v2三個工具：

 

 

 

• Shader Graph是一種節點圖方式，能幫助用戶無需編程便可創做，極大下降了編程門檻；

 

• 後處理站提供了豐富的效果功能，支持設置不一樣的區域和靈活可拓展的框架，此外也兼容最新的可渲染管線；

 

• 漸進烘焙能夠方便用戶實時看到烘焙的過程，給用戶的工做流帶來了很是大的便利和效率提高。今年還會推出基於GPU的漸進光照功能，效率將提高10倍以上。 

 

 

 

在性能方面，成亮最後提到，Unity推出的一套新系統，能夠幫助用戶實現性能上的巨大飛躍。這一系統包括三部分：Job System，幫助用戶利用GPU多核處理能力；ECS，讓數據的內存排列更爲緊密，提升緩存的命中率；Burst Compiler，技術優化的編譯器。

 

 

 

如下是成亮演講實錄：

 

 

 

你們好！我是來自Unity的成亮。今天很是高興有這個機會來到杭州，跟你們分享Unity在2018最新的實時渲染技術。

 

 

 

今天主要分享的內容有四點，首先我會對Unity作一個基本介紹，後面則會介紹今年Unity在實時渲染方面比較重要的三個技術：一是圖形相關的可編程渲染管線；二是基於渲染管線推出的工具，包括Shader Graph、PostProcess；三是ECS、Burstcom等性能相關的技術。

 

 

 

首先介紹一下Unity。2014年Unity在丹麥哥本哈根成立，它有三個創始人，他們分別提出了三個公司理念：開發民主化、解決困難問題以及幫助開發者成功。民主化這個概念很好理解，就是下降技術的門檻，讓愈來愈多的開發者可以作出很炫酷的遊戲或者動畫。相對應來講，就要求Unity公司解決比較困難的圖形、網絡以及AR問題。

 

 

 

Unity具備完整的生態，它有很強的實時渲染引擎，具有強大的跨平臺能力，除此以外還提供了遠程數據分析、數據追蹤、遠程調試、貨幣化等能力。截止到2017年統計數據，有200億應用軟件安裝量，有30億移動設備是用Unity軟件安裝的。在排名前1000名的遊戲中有40%是用的Unity，新的製做遊戲超過了50%，還有60%的VR和AR應用是用Unity來開發的。Unity開發了不少耳熟能詳的遊戲，以及在電影行業、工業、醫療、汽車等等領域，也有很多廠商用到Unity來作實時渲染的工具。

 

 

 

下面開始介紹實時渲染相關的技術。首先看一下圖形方面，今年咱們最重點推出的技術是可編程渲染管線，相比以前的管線，可編程渲染管線提供了更多渲染的接口給到開發者，你能夠按照本身的需求定義你的開發。固然咱們爲你們準備好了兩個模板：HD（High-Definition）主要針對高端的PC，這個管線提供了更加精確的模型，提供了很是高級的材質，幫助你們可以實現很是華麗的渲染效果；Lightweight主要針對於移動模塊，讓你們在兼顧性能的同時適配到更多的設備。

這是目前的渲染管線，它能夠定製的功能不多，你能夠選擇Forward或者Deferred：Forward中物體接受的光照數量決定其渲染批次，當光照數量不少時就會遇到新的問題；Deferred中是在最後應用一次光照，可是Deferred有對硬件的要求，因此在某些移動平臺是不支持的。 除此以外，還能夠編寫一些Command Buffer，也就是在渲染管線的時間點，好比上圖中綠點的地方，你能夠插入本身的渲染。

 

 

 

隨着遊戲種類愈來愈多，傳統的渲染管線愈來愈難以知足遊戲的需求。好比咱們看到有很是3D的、光照很是多的遊戲，也有2D的卷軸遊戲，這些遊戲用一條管線很難兼顧到這樣的性能；又好比一個2D的遊戲或者一個FPS遊戲渲染的時候有不少權衡的點，2D根本不須要光照，材質也不用是基於物理的材質......等等。

 

 

 

因此Unity在今年推出了可編程的渲染管線，它可讓用戶自定義渲染流程，好比你的剪裁或者繪製物體，這些流程均可以按照本身須要進行控制。新的渲染管線有很是好的擴展性，針對原來的渲染管線進行了有效的提高，保留了經典的C++內核，提供了更多的接口，幫助你們儘量化地定製本身的功能。除此以外還提供了兩套模板，你們能夠根據須要去定製功能，並且這兩套功能都是開源的，因此也是給了你們一個很是好的參考。

 

 

 

首先看一下Lightweight，它主要針對移動和XR平臺，提供了很是方便的材質升級工具，並且對於一些不須要光照的材質徹底兼容，因此升級到這套管線很是方便。它的渲染也和原來有所不一樣，採用了Single-Pass Forward Rendering，能夠支持8盞像素光在一個批次進行渲染。咱們以前作了一個Trash Dash實例，它是一個3D遊戲，但實際上沒有利用到光照，因此它利用咱們的材質升級工具，就很是容易從原來的管線升級到了如今的管線。

 

 

 

下面看一下High，High功能不少，在這裏就給你們作一個詳細的拆解和介紹。它分紅六大塊功能，首先它的渲染管線有一個比較大的改變，渲染管線相對以前採用了新的模型，物理計算會更精確。它在定製渲染管線時對用戶更爲透明，用戶只要關注設置的屬性就能夠了，而不用關注選擇什麼樣的管線。它主要針對高端的PC平臺，對於燈光的配置有加強，光照和陰影方面能夠採用色溫來控制光照的顏色。光線形狀也有不少選擇，還增長了新的區域光。材質比較多，提供了很是多的高級材質，供你們選擇。還有基於分層的材質系統，有變形的特效。調試方面，提供了新的能夠觀察調試的窗口。

 

 

 

新的管線不用再去選擇配置，用戶根據本身的需求來設置渲染管線就能夠了。一是加強了光照配置，能根據色溫來控制顏色，支持更多的形狀，包括錐形、方形或者金字塔形狀，支持光線顏色的效果；二是新增了區域光類型，支持實時區域光，並且區域光形狀包括了橘型、圓形等形狀；三是提供了新的光照模型GGX，在傳統模式下是單顯色模型，粗糙表現顏色不會飽和，並且會帶有發暗的現象；此外還新增了很是多的材質，包括彩虹色加透明漆材質的效果、雙面透明的效果、分層的模型、體積光和光速效果、No Occlusion Probe效果等等。

 

 

 

除此以外，新的管線還新增了調試窗口，在這個窗口中能夠看到豐富的信息，包括材質、光照等等。以下所示，這個圖能夠看到正在渲染的物體表面的發線，它不光能夠在編輯器上面使用，還能夠實時連到PC端上進行查看。

在調試窗口支持只顯示某一種光照，好比只顯示慢反射。還支持中間的渲染目標，好比Depht Buffer顯示，左邊只顯示了Diffuse Lightin。

 

 

 

 

以上給咱們展現的是Unity可編程渲染管線所可以呈現出的實時渲染的效果。下面咱們看一下方便你們創做的工具，Shader Graph、Progressive Lightmapper和Post-processing v2。

 

 

 

Shader Graph是一種節點圖的方式，來幫助你們無需再用編程的方式進行創做。它帶來的好處是不用編碼，可能減小了一些語法或者調試的痛苦，下降了你們編程的門檻。

 

 

 

後處理站有很是多能夠選擇的效果，能夠設置不一樣的區域，還支持靈活可拓展的框架，由於這也是一個開源的功能，因此你們能夠根據須要去看，一方面提供了自定義的API，你們能夠自定義，另外也能夠看到整個代碼。另外也兼容最新的可渲染管線。

 

 

 

再看一下漸進光照烘焙，實時渲染場景有不少燈光是先靜態烘焙上取得，尤爲是像間接光照，都是烘焙上去的，由於若是實時計算確定來不及，因此一般在作項目的時候有光照烘焙的功能。而漸進烘焙能夠實時看到烘焙的過程，並且能夠優先看到視圖窗口顯示的效果，這樣給你們工做流就帶來了很是大的便利和提高。除此以外，今年應該還會推出基於GPU的漸進光照功能，這樣光照烘焙效率就會提高10倍以上。    

 

 

 

今年在性能上面Unity推出了一套新的系統，能夠幫助你們在性能上面有質的飛躍。最新的系統包括三個部分：一是Job System，幫助你利用GPU多核處理能力；二是ECS，可以讓咱們數據的內存排列更緊密，提升緩存的命中率；三是Burst Compiler，是技術優化的編譯器。

 

 

如上所示，這是如今的系統。其中會引用到各類各樣的組件，它就是一個引用列表。這樣一來，這些引用類型沒有辦法控制它在內存中的排布，因此它是分散在內存中的，這樣數據分散的結果是致使緩存命中率比較低。還有一個問題，若是單核的狀況，一旦任務比較多，它處理的速度就會愈來愈慢。

 

 

 

Entity Component System中，咱們把數據和函數分開，Render包含了數據，經過對數據進行分類處理，再派發給不一樣的任務進行處理。以下所示，這就是一個結合的架構圖。

 

 

來看一個實際的例子，來看它具體提高了多少性能。以下圖顯示，傳統方式下飛船包含了Movemen組件，在這種狀況下，同屏渲染了18500個飛船。可是再加入變形，在飛船裏面就沒有了任何的應用。全部的任務都是經過函數來執行的，因此把它Job system變形化以後，性能大概能夠提高到25000個，提高了三分之一的性能。

 

 

 

 

再看ECS With Job system，數據緊密化加上並行化以後，在ESC With Job system狀況下，咱們從最開始的18000個變成了96000個，性能提升了5倍。再加上Burst Compiler，數量達到了156000個，比最開始的作法性能提高了接近10倍。

 

 

 

以上就是Unity最新的關於實時渲染的技術進展，但願可以幫助到開發者可以實現更炫酷的效果，謝謝你們。

 

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原文：如何實現最佳的跨平臺遊戲體驗？Unity成亮解密實時渲染技術！