Unity輕量級渲染管線LWRP源碼及案例解析（上）

Unity輕量級渲染管線LWRP源碼及案例解析（上）

原創： 張黎明 Unity官方平臺 今天

收錄：白袍扶心 (之前、當前、將來筆記都在GIT了-嘿嘿）

GIT: https://github.com/daozhangXDZ/DaoZhang_ProgramNote/tree/master/Unity/ScriptRenderPipeline

小道說一個LWRP(這裏和原來Shader的寫法有區別，不過這樣更對應GLSL和HLSL，OPENGL和DX你懂的）：
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float _Outline;
float4 _OutlineColor;
CBUFFER_END

原創： 張黎明 [Unity官方平臺]

今天本文將分享Unity大中華區技術總監張黎明在Unite 2019上的技術演講－Unity輕量級渲染管線LWRP源碼及案例解析。

受篇幅限制，本次演講將分享二篇內容。本文將介紹可編程渲染管線SRP和輕量級渲染管線LWRP、LWRP與Built-in內置渲染管線區別、LWRP源碼解析Core RP和Lightweight RP。

演講內容

你們好，個人演講題目是《Unity輕量級渲染管線LWRP源碼及案例解析》。

你們可能發現技術分享一般去講使用爲主，講源碼的很是少，爲何我會選擇講源碼？

這是出於有二個緣由：

• 第一個緣由是輕量級渲染管線LWRP實在是太新了，根本就找不到太多文檔。我原本想找文檔給你們講解一下，結果發現沒有。我本身學習也只能經過查看源碼的方式，咱們內部也沒有文檔。

• 第二個緣由是咱們發現一些客戶已經開始使用了，並且他們每一個遊戲都有一些特殊的需求，有的遊戲可能須要對Unity輕量級渲染管線LWRP進行一些定製。這樣就必需要查看源碼，從而在遊戲中達到更好的效果。

下面是我本次分享的主要內容，首先會簡單介紹什麼是Unity的可編程渲染管線SRP以及輕量級渲染管線LWRP。

可編程渲染管線SRP

首先，簡單介紹一下Unity的可編程渲染管線SRP。

過去，咱們有一套內置渲染管線的Render Pipeline，渲染管線所有寫在引擎的源碼裏，使用C#代碼編寫。你們基本上不能改動，除非是買了Unity的源碼客戶，固然大部分開發者是不會去改源碼，因此過去的管線對開發者來講，很難進行定製。

對於咱們來講也有負擔，由於咱們要在一個渲染管線裏面支持全部的二十多個平臺，包括很是高端的PC平臺，主機平臺，也包括很是低端的平臺，很老的手機也要支持。

因而，這套代碼會變得愈來愈臃腫，很難作到使效率和效果作到最佳，因此咱們如今有一套新的基於腳本的渲染管線。

它主要把渲染管線拆分紅二層：

• 一層是比較底層的渲染API那層，像OpenGL，D3D等相關的都封裝起來。
• 另外一層是渲染管線比較上層的描述，上層代碼使用C#來編寫。在C#這層不須要關注底層在不一樣平臺上渲染API的差異，也不須要關注具體如何作一個Draw Call。

咱們在C#這邊會一批對象一批對象的畫，這樣性能也會更好一些。

Unity官方基於Scriptable Render Pipeline可編程渲染管線提供了二套模板：一個是輕量級渲染管線LWRP，一個是高清晰渲染管線HDRP。

高清渲染管線HDRP是所有基於Compute Shader，基於最新的硬件來開發的，能夠達到頂尖的渲染效果。例如Unity的官方演示項目《異教徒》，它的效果很是驚豔。

輕量級渲染管線LWRP

另一個渲染管線是輕量級渲染管線LWRP，主要是爲了移動平臺設計，也就是最流行的手機遊戲平臺，它能夠達到更高的效率，而後可定製性也更好。

這二個模板都是開源的，你們均可以在Github下載，也能夠本身進行修改。

高清晰渲染管線HDRP只支持最高端的平臺，即目前比較好的PC和主機平臺，但輕量級渲染管線LWRP支持全部的平臺。

咱們的目標是輕量級渲染管線LWRP在性能方面比過去內置的管線更好。在Unity 2019.1中，輕量級渲染管線LWRP已經成爲正式版本，可用於正式的項目製做。

LWRP與內置渲染管線對比

咱們和不少客戶有過溝通，發現其實你們對輕量級渲染管線LWRP不是很理解。不少人一聽到輕量級管線LWRP就以爲有點LOW，以爲如今你們製做移動遊戲都開始作AAA級，畫面都要PBR，都要超大世界，各類特效，後處理都加上。

不少人可能尚未去了解輕量級渲染管線LWRP，就以爲是否是趕不上目前的主流畫面。因此，我先給你們對比一下輕量級渲染管線LWRP和老的渲染管線有什麼差異。

如上圖所示，最重要一點就是第一行，老的渲染管線使用Multi-Pass的Forward Rendering，就是多Pass的正向渲染。最大的問題是若是要在場景裏要加不少動態光的話，每個動態光都有可能會增長一個Pass，這個動態光所影響的物體要多畫一遍。

這就致使若是遊戲裏想要有多個動態光的話，可能這個場景會被畫不少遍，性能會不好。它帶來的問題是全部的遊戲幾乎都不會用多個動態光，由於實在太費性能了。

在過去製做移動的遊戲的過程當中，你們的標準作法都是烘焙Lightmap。若是能夠用多個動態光，咱們其實能夠作出更酷的效果。

例如，製做一個有魔法的遊戲，遊戲中每一個人都釋放一個魔法球出來，咱們徹底能夠給它加一個動態的燈光，跟着它一塊兒飛出去，這樣的效果很是酷。可是由於過去每增長一個動態光都會致使渲染Pass增多，因此你們就不敢使用。

如今輕量級渲染管線LWRP就解決了這個問題。咱們實現了一個單PASS的正向渲染。咱們能夠支持多盞動態光，可是所有動態燈光都會放在一個Pass裏渲染，這樣帶來的問題是咱們要限制燈光的數量，由於每次Draw Call去畫的時候，傳給GPU的參數是有限的。

若是燈光數量特別多，參數太多，那就會沒法在一次Draw Call裏完成不少個燈光。因此咱們有一些限制，在輕量級渲染管線LWRP裏，目前是支持1盞平行光，每一個對象可能只能接受4個動態光。每一個攝像機也有一些限制，這是爲了咱們能夠把全部的計算放在一個Pass裏面。

Unity2019.2，Unity 2019.3可能會把這個限制再提升一些。相信大部分的遊戲也不太會在一個場景里加太多動態光，若是能夠作到8盞動態光，可能對於大部分遊戲來講也足夠了，這樣在一個Pass裏的渲染性能會更好。

另外，輕量級渲染管線LWRP還有新加入的功能，包括Scriptable Render Pass，還有SRP的Batcher合批。合批會比過去好一些，輕量級渲染管線LWRP仍會支持靜態合批和動態合批。咱們還會提供可經過腳本定製的Render Pass以及Custom Renderers。

不少客戶給咱們反饋，如今使用輕量級渲染管線LWRP，最欠缺的是二個功能：

• 首先是目前還未支持的Shadow Mask，這在老的內置渲染管線裏已經有了。咱們計劃在Unity 2019.3提供Shadow Mask的功能。
• 其次是延遲渲染Deferred Rendering，它在老的管線有，新渲染管線沒有，它也會在Unity 2019.3提供。

關於PBR，你能夠認爲它徹底不比內置渲染管線差，它也是使用了移動平臺上的最好光照模型。若是再往上提高的話，就是HD渲染管線的PBR光照算法，這樣的話就太費性能了，可能不適合你們作移動遊戲了。

在PBR這方面，它基本和內置渲染管線是保持一致的。若是你們仍是不滿意的話，能夠修改輕量級渲染管線的Shader，修改光照模型就能夠了。

如上圖所示，這是咱們本身進行了一些測試結果，基本上在各個方面的性能都是比內置渲染管線要好。

上圖顯示的是新增功能Custom Render Pass，主要是爲了提供可擴展性。咱們仍是但願你們不改源碼就能夠進行擴展，因此提供了這種方式。若是這樣還不夠的話，你們再去考慮改源碼。

咱們推薦你們，能夠不改源碼實現，就儘可能不改源碼，由於改了源碼後，升級會很麻煩，本身要升級修改過的代碼到新的版本，要避免衝突，增長你們的工做量。

如上圖所示，在Unity開發路線圖裏，除了如今提供的Forward Renderer，Unity 2019.2會提供一個2D的Renderer，它主要提供2D的光照和2D的陰影效果。Unity 2019.3會增長Deferred Renderer，一個延遲渲染的Renderer。

LWRP源碼解析－Core PR

若是要使用輕量級渲染管線LWRP，你須要在Package Manager裏導入二個Package：Core RP和Lightweight RP。

Core RP是高清晰渲染管線HDRP和輕量級渲染管線LWRP共同依賴的包，由於有一些代碼須要共用，因此咱們把這部分代碼拆到Core RP中。

以下圖所示，咱們看一看Core RP文件夾的結構。

Editor文件夾中是編輯器腳本，作一些Inspector裏顯示參數的代碼。Runtime文件夾中是主要代碼，有一些共用的Shader Library，共用的Shader代碼放在這裏，其它還有一些測試代碼。

在Runtime > Common文件夾中有一個CommandBufferPool，輕量級渲染管線LWRP和高清晰渲染管線HDRP都要用到它。

若是你要用一個CommandBuffer的話，不要本身New一個，而是在Pool裏拿一個，由於它會緩存下來，等下一幀須要用的時候，能夠在庫裏拿出來直接用，而不是每次New一個，Delete一個，這樣性能會比較差。

Volume文件夾是實際上相似於Post-Processing Stack後處理棧裏面的PostProcessVolume，這是一個通用的Volume，能夠調一些渲染管線的參數，它能夠在進入一個體積後調一些參數。

Core RP其實很簡單，我主要但願讓你們知道，沒有必要花太多的時間看這些東西，由於它裏面沒有太多的內容。

LWRP源碼解析－Lightweight PR

咱們的重點是另外一個Package，即Lightweight RP裏面有哪些東西。

本次重點會講下圖中這些類，這是源碼中的一些類，我要介紹這些類的用途是什麼？

咱們先作一點輕鬆的事情，我製做了一個很簡單的Demo，簡單說一下輕量級渲染管線LWRP怎麼使用？

第一步要在Package Manager裏面導入package，導入以後須要Create一個Light Weight Render Pipeline Asset。建立後咱們有Graphics Settings。

咱們要把Asset拖到Scriptable Render Pipeline Settings這個位置，而後引擎會把當前渲染管線改爲剛剛建立的Asset這種類型的渲染管線，老的內置渲染管線就開始不執行了。建立的輕量級渲染管線LWRP在Asset上有一些參數設置。

首先有Renderer，而後有二個選項Depth Texture和Opaque Texture。Render Pipeline Asset上會保存輕量級渲染管線LWRP的一些參數。

這裏有一個剛剛提到的Opaque Texture選項，它對應的代碼就是LightweightRenderPipelineAsset類。

咱們寫了這個類以後，就能夠在Editor裏右鍵新建一個這種類型的Asset，它繼承自RenderPipelineAsset這個類。

LightweightRenderPipelineAsset類中聲明瞭一些變量，這些變量就是在Inspector看到的Render Pipeline Asset上的參數，它們都是在這個類裏面定義。也就是說，這個類是用於序列化Lightweight Pipeline上全部的參數。

若是你們之後自定義輕量級渲染管線LWRP，但願增長本身的參數，找到LightweightRenderPipelineAsset這個類，並添加參數就能夠了。

RenderPipelineAsset繼承自ScriptableObject，你們應該知道，ScriptableObject這個類是專門用於序列化數據的，因此它在這裏序列化輕量級渲染管線LWRP的數據。

而後看一看Opaque Texture選項，這是輕量級渲染管線LWRP提供的一個功能。

在內置渲染管線Pipeline中，若是想作一個折射的效果，例如水的效果，過去的作法是用GrabPass，在Shader裏寫一個GrabPass，它會抓取當前的屏幕畫面，而後對畫面作扭曲和水的擾動等效果。

GrabPass的問題是它的性能不太好，並且在不一樣手機硬件上，不一樣渲染API上的實現方式不同，有的硬件上性能特別差，致使幀率降得特別厲害。

如今咱們在輕量級渲染管線LWRP中，能夠直接在不透明物體畫完後，勾上Opaque Texture選項後，它就會把當前畫面抓取到RenderTexture裏。若是要作折射效果或是水的效果，或者是玻璃的折射的話，直接用該選項便可。

再看一下這個Demo，勾選Opaque Texture後，它用起來很是簡單。在Shader中，咱們須要去定義一個CameraOpaqueTexture的變量，定義了後就能夠直接在後面的Fragment Pixel Shader去採樣。

咱們直接能夠採樣貼圖的Sampler，能夠作一些擾動效果，很是方便。咱們沒必要像過去那樣使用GrabPass，致使一些性能問題。

最主要的渲染管線的執行是在LightweightRenderPipeline類中，它繼承自RenderPipeline基類。這個基類實際上是一個Interface，裏面其實沒有作什麼實現，全部實現都在這個輕量級渲染管線腳本里。

如上圖所示，這個主的渲染函數也很簡單，就是For循環全部相機，而後調用RenderSingleCamera，渲染每一個相機的函數，邏輯比較簡單。

如上圖所示，在RenderSingleCamera中有幾行比較重要的代碼。上面這行會進行判斷，如今在SRP裏能夠有一個額外的數據。在Lightweight Render Pipeline和HD Render Pipeline上的參數都不同，HD的參數會多不少。它會把這些不同的參數拆出來並進行判斷。

這裏有一個if判斷，用來判斷相機上的參數有沒有設置Renderer。若是有，就優先用相機上的Renderer。若是沒有設置，就用Render Pipeline Asset上設置的Renderer。

在LightweightRenderPipelineAsset上能夠選擇Renderer，上面有Custom和Forward Renderer二個選項，它本質上也是Forward Renderer。

在相機上也能夠選擇Renderer Type，能夠選擇使用剛剛Asset中的設置，也能夠選擇在每一個相機用不一樣的Renderer。代碼裏會優先使用相機上的設置，若是相機沒有設置，它會使用Asset設置的Renderer。

最下面的代碼會調用Renderer.Setup進行配置和渲染執行。

小結

在本篇中，張黎明介紹可編程渲染管線SRP，LWRP與內置渲染管線區別，LWRP源碼解析Core RP和Lightweight RP。在下一篇中，他將分享如何定製輕量級渲染管線LWRP。

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