目錄微信 |
1 渲染比例函數 1.1 向下縮放性能 1.2 渲染到縮放後的紋理flex 1.3 向上縮放url 2 MSAAspa 2.1 配置.net 2.2 多采樣渲染紋理翻譯 2.3 解析紋理貼圖3d 2.4 無深度解析教程 2.5 Depth-Only 通道 3 HDR 3.1 配置 3.2 紋理格式 3.3 色調映射 3.4 萊因哈德（Reinhard） 3.5 修改Reinhard |
本文重點：
一、調整渲染比例
二、支持MSAA
三、啓用HDR，帶有可選的色調映射
這是涵蓋Unity的可腳本化渲染管道的教程系列的第12部分。它涉及經過調整渲染比例，應用MSAA以及與色調映射結合使用HDR緩衝區進行渲染來提升圖像質量。
本教程是CatLikeCoding系列的一部分，原文地址見文章底部。「原創」標識意爲原創翻譯而非原創教程。
本教程使用Unity 2018.4.6f1製做。
（HDR，MSAA和渲染比例一塊兒使用）
1 渲染比例
要渲染的圖像的寬度和高度由相機肯定，這不受管道的控制。可是咱們能夠在渲染到攝像機目標以前作任何咱們想作的事情。若是渲染爲中間的紋理，能夠提供咱們想要的任何大小。例如，咱們能夠將全部內容渲染爲較小的紋理，而後對相機目標進行最後的blit處理以將其縮放到所需大小。這會下降圖像質量，但因爲要處理的片斷較少，所以加快了渲染速度。Lightweight/Universal管道具備「Render Scale」選項來支持此功能，所以咱們也將其添加到咱們本身的管道中。
1.1 向下縮放
將渲染比例的滑塊添加到MyPipelineAsset，初始範圍爲?~1。將分辨率下降到四分之一會使質量降低不少（像素數除以16），而且除非原始分辨率很高，不然極可能沒法接受。
（Render scale 滑塊設置爲最小值）
將渲染比例傳遞給管道實例。
並讓MyPipeline跟蹤它。
在「渲染」（Render）中渲染攝影機時，請肯定在建立渲染紋理以前是否使用縮放渲染，以防出現活動堆棧。縮小渲染比例後，咱們將使用縮放渲染，可是僅對遊戲窗口攝影機使用，所以場景，預覽和其餘攝影機不會受到影響。使用布爾變量跟蹤此決策，讓咱們能夠參照。
還要跟蹤變量中的渲染寬度和高度。它們默認狀況下由相機肯定，可是在使用縮放渲染時必須進行調整。
1.2 渲染到縮放後的紋理
如今，當使用縮放渲染或後處理時，咱們必須渲染爲中間紋理。還要使用布爾值對此進行跟蹤，並在獲取紋理時使用調整後的寬度和高度。
從如今開始，當調用RenderAfterOpaque時，必須將調整後的寬度和高度傳遞到活動堆棧。
RenderAfterTransparent也是如此。如今，咱們必須始終在渲染紋理時釋放紋理，而僅在使用堆棧時才調用RenderAfterTransparent。若是不是，咱們可使用常規blit將縮放後的紋理複製到相機的目標。
（渲染比例一、0.7五、0.5和0.25;放大且無後處理）
調整渲染比例會影響管道渲染的全部內容，但陰影除外，由於陰影具備本身的大小。有時候偶然地，稍微減少渲染比例彷佛會帶來一些抗鋸齒效果。可是進一步減小能夠清楚地看出，這只是細節損失致使的，當blit到最終渲染目標時，會因爲雙線性插值而模糊不清。
渲染比例如何與雙線性插值交互的？
0.5的渲染比例是最簡單的：最終，每塊2×2目標像素只有一個像素。每一個最終像素使用相同的四個權重進行插值，可是有四個可能的方向。
（Render scale 0.5 filtering）
其餘渲染比例尺會生成具備不一樣權重配置的像素，由於從源像素到目標像素的距離會根據比例尺以規則模式變化。
（Render scale 0.75 filtering）
1.3 向上縮放
咱們能夠按比例縮小圖像質量以提升性能。也能夠作相反的事情：以性能爲代價擴大規模以提升圖像質量。爲此，在MyPipelineAsset中將最大渲染比例增長到2。
而且還能夠在MyPipeline.Render中激活縮放渲染。
（渲染比例1.2五、1.五、1.75和2）
（Render scale 1.5 和2 filtering）
進一步增長渲染比例不會改善圖像質量。在3的時候，咱們獲得的結果與渲染比例1相同，而在4的時候，咱們以每一個像素2×2塊的塊返回，但距離更近。那是由於單個雙線性blit只能平均四個像素。利用更高的比例將須要一個通道，每一個片斷執行一次以上的紋理採樣。儘管可行，但這是不切實際的，由於所需的工做比例與渲染比例成平方關係。SSAA 4x將須要使用渲染16倍的像素。
2 MSAA
SSAA的替代方法是MSAA：多樣本抗鋸齒。想法是相同的，可是執行方式不一樣。MSAA跟蹤每一個像素的多個樣本，而沒必要將其放置在常規網格中。最大的區別是片斷程序每一個片斷的每一個圖元僅被調用一次，在原始分辨率下調用。而後將結果複製到柵格化三角形覆蓋的全部子樣本中。這顯着減小了必須完成的工做量，但這意味着MSAA僅影響三角形的邊緣，而沒有其餘影響。高頻表面（High-frequency surface）模式和alpha裁剪的邊緣仍然有鋸齒。
alpha-to-coverage是什麼？
這是在某種程度上平滑alpha裁剪邊緣的技巧，在某些狀況下能夠產生不錯的效果。本教程將不涉及它。
2.1 配置
爲MyPipelineAsset添加一個選項以選擇MSAA模式。默認狀況下，MSAA是關閉的，其餘選項是2×，4×和8×，能夠用枚舉表示。枚舉值表示每一個像素的樣本數量，所以默認值爲1。
（MSAA模式）
爲何不支持MSAA 16×？
能夠支持，可是與8倍相比，它幾乎沒有額外的質量增益，由於很是昂貴，而且沒有普遍的支持。
將每一個像素的樣本量傳遞到管道實例。
並在MyPipeline中對其進行跟蹤。
並不是全部平臺都支持MSAA，最大樣本數也有所不一樣。超過最大值可能會致使崩潰，所以咱們必須確保保持在限制以內。咱們能夠經過將樣本計數分配給QualitySettings.antiAliasing來實現。咱們的管道不使用此質量設置，但在分配給它時會注意執行限制。在分配給它以後，咱們將其複製回咱們本身的樣本計數。咱們惟一須要知道的是，當不支持MSAA時，它會產生零，咱們必須將其轉換爲樣本計數1。
2.2 多采樣渲染紋理
每一個相機都設置了MSAA支持，所以請在「Render」中跟蹤用於渲染的樣本，若是相機未啓用MSAA，則將其強制爲1。而後，若是最終每一個像素有多個樣本，則必須渲染爲中間的多采樣紋理，簡稱MS紋理。
爲了正確配置渲染紋理，咱們必須在GetTemporaryRT中再添加兩個參數。首先是讀寫模式，這是顏色緩衝區的默認模式，而對於深度緩衝區則是線性的。下一個參數是樣本計數。
在禁用全部後期處理的狀況下嘗試此操做。
（MSAA 2×，4×，8×，和沒有MSAA比較 render scale爲 2）
MSAA是否能夠與定向陰影一塊兒使用？
對於咱們的渲染管道，它工做正常。Unity的管道有麻煩，由於它們使用屏幕空間通道來級聯定向陰影。在本教程中，咱們會再遇到相似的問題。
與將渲染比例增長一倍相比，MSAA 4X的最終效果要好於渲染比例2，但須要注意的是，渲染比例不只影響幾何邊緣，還影響全部事物。你也能夠將兩種方法結合起來。例如，渲染比例爲2的MSAA 4x大體可與渲染比例爲1的MSAA 8x大體相比，儘管它使用16個樣本而不是每一個最終像素使用8個樣本。
（MSAA 4× and 8×，render scale 2）
2.3 解析紋理貼圖
雖然咱們能夠直接渲染爲MS紋理，可是不能以常規方式直接從它們讀取圖像。若是要對像素進行採樣，則必須首先對其進行解析，這意味着將全部採樣取平均值以得出最終值。整個紋理在特殊的「Resolve Color」通道中當即進行解析，該通道在採樣以前自動插入。
（在最終blit以前解決顏色）
解析MS紋理會建立一個臨時的常規紋理，該紋理在全部新紋理渲染到MS紋理以前一直有效。所以，若是咱們屢次採樣而後渲染到MS紋理，則最終將得到相同紋理的額外解析通道。激活啓用了模糊的後效果堆棧時，你會看到此信息。在強度爲5的時候，咱們得到了3個解析通道。
（解析三遍，模糊強度5。）
附加的解析通道沒有用，由於咱們的全屏效果沒法從MSAA中受益。爲了不沒必要要地渲染到MS紋理，咱們能夠一次渲染到中間紋理，而後使用它代替相機目標。爲此，能夠在MyPostProcessingStack中的RenderAfterOpaque和RenderAfterTransparent方法中添加示例參數。若是啓用了模糊而且使用了MSAA，則將其複製到已解析的紋理並將其傳遞給Blur。
將渲染樣本添加爲MyPipeline.Render中的參數。
如今將三個解析通道減小爲一個，再加上一個簡單的blit。
（只用了一次 模糊強度爲5）
2.4 無深度解析
顏色樣本經過對它們進行平均來解決，但這不適用於深度緩衝區。平均相鄰深度值沒有任何意義，也沒有可使用的通用方法，所以多采樣深度根本沒法解析。因此，啓用MSAA時，深度條紋效果不起做用。
使效果再次起做用的幼稚方法是在啓用深度條紋時不將MSAA應用於深度紋理。首先，向MyPostProcessingStack添加一個getter屬性，該屬性指示是否須要從深度紋理讀取。僅在使用深度條紋效果時才須要。
如今，咱們能夠跟蹤MyPipeline.Render中是否須要可訪問的深度紋理。僅當須要深度時，才須要得到單獨的深度紋理，不然咱們能夠經過設置顏色紋理的深度位來解決。並且，若是確實須要深度紋理，那麼讓咱們明確地始終將其樣本設置爲1，以禁用它的MSAA。
這也會影響繪製不透明效果後設置渲染目標。
最後須要釋放哪些紋理。
（MSAA 8×的深度條紋）
如今，啓用MSAA時會顯示深度條紋，可是抗鋸齒功能彷佛已損壞。發生這種狀況是由於深度信息再也不受MSAA的影響。咱們須要另尋解決方案。
2.5 Depth-Only 通道
咱們須要一個MS深度紋理來進行常規渲染，並須要一個非MS深度紋理來進行深度條紋效果。能夠經過爲深度紋理建立自定義解析過程來解決此問題，但不幸的是，對此的支持很是有限。另外一種方法是經過添加Depth-Only的通道將深度渲染兩次，以將其渲染到常規深度紋理。這是昂貴的但可行。當深度緩衝區與MSAA結合使用時，例如當級聯方向陰影須要屏幕空間陰影通道時，這就是Unity的實現方式。
這是否意味着Unity的Depth-Only 通道不影響常規渲染？
確實。它不用於填充深度緩衝區，咱們也不會使用它。
首先要區分是能夠直接使用深度紋理仍是由於MSAA處於活動狀態而須要一個Depth-Only通道。咱們如今擁有的獲取紋理和設置渲染目標的邏輯適用於不使用MSAA的狀況。
若是須要，在調用RenderAfterOpaque以前添加Depth-Only通道。就像不透明的通道同樣，除了咱們使用DepthOnly做爲通道名稱，不須要渲染器配置，而且必須設置和清除深度紋理做爲渲染目標。
將所需的過程添加到Lit着色器。它是默認通道的拷貝，其中除去了實例化，剪切和LOD淡入淡出的全部功能。它不會寫入顏色信息，所以請將其顏色掩碼設置爲零。它始終寫入深度，並依賴於單獨的DepthOnly HLSL文件中的專用頂點和片斷函數。
DepthOnly.hlsl是Lit.hlsl的副本，其中刪除了全部不影響深度的數據。
咱們只關心位置和UV座標。片斷功能僅適用LOD並執行裁剪。它的最終結果就是零。
如今，在深度條紋和MSAA再次起做用以前，咱們得到了Depth-Only通道。不幸的是，深度條紋效果自己沒法從MSAA中受益，所以仍然會在嚴重影響圖像的地方引入鋸齒。Unity的級聯方向陰影以相同的方式干擾MSAA。
（深度條紋具備功能性MSAA 8倍）
可是後來得到渲染的透明幾何體仍然能夠從MSAA中受益。
（透明，帶有MSAA和深度條紋）
3 HDR
咱們將討論的最後一個主題是高動態範圍渲染。到目前爲止，紋理的每一個顏色通道的範圍爲0-1，所以它能夠表示強度爲1的光照級別。可是入射光的強度沒有固有的上限。太陽是很是明亮的光源的一個例子，這就是爲何你不該該直接看它的緣由。它的強度遠大於咱們在眼睛受損以前所能感知的強度。可是許多常規光源也會產生強度超過觀察者極限的光，尤爲是近距離觀察時。例如，我將場景中的點光源的強度增長到100，並將白色球體的發射強度提升了一步。
（高強度光和自發光）
結果是過亮的像素被吹散爲均勻的白色，而且在邊緣附近有一些顏色偏移。HDR渲染的目的是防止圖像的很是亮的部分退化爲均勻的白色。這將須要存儲明亮的數據並將其轉換爲可見的顏色。
3.1 配置
經過向MyPipelineAsset添加「Allow HDR」切換，將其傳遞給管道實例，使咱們的管道是否支持高動態範圍渲染成爲可選。
MyPipeline只須要跟蹤它。
（HDR 開啓）
3.2 紋理格式
要存儲超過1的顏色值，咱們須要更改用於渲染紋理的紋理格式。若是咱們的管道和攝像機都啓用了HDR，則咱們須要默認的HDR格式，不然咱們可使用常規默認值。區別在於HDR紋理的顏色通道包含浮點值而不是8位值。所以它們須要更多的內存，這意味着你僅應在須要時使用HDR。
咱們沒必要根據是否啓用HDR來決定renderToTexture，由於在不使用後期處理的狀況下也沒有理由使用HDR，由於最終的攝影機目標是每通道LDR 8位。
HDR顯示器呢？
Unity當前不支持HDR顯示器，所以咱們也不能支持。除此以外，HDR顯示的問題是使用顏色分級的遊戲必須在色調映射以後（或同時）進行此操做，從而生成常規的LDR圖像，而後在發送以前將其轉換回HDR 到顯示器上，而後它會作本身的事情。
不使用渲染紋理時，請不要使用HDR。所以，讓咱們也用MSAA，並不進行其餘後處理。最初的結果看起來沒有什麼不一樣，只是抗鋸齒質量變差了。之因此發生這種狀況，是由於只有在全部值均爲LDR時，平均顏色才能很好地起做用，不然很是明亮的樣本將主導結果。所以，當涉及HDR顏色時，MSAA會下降。
（MSAA×4都可打開和關閉HDR）
在MyPostProcessingStack中添加所需的參數。咱們只須要將其用於DepthStripes中的臨時紋理，由於不管如何須須在LDR中執行模糊處理才能得到最佳效果。
3.3 色調映射
從HDR到LDR的轉換稱爲色調映射，它來自攝影和膠片開發。傳統的照片和膠片範圍也頗有限，所以已經開發了許多技術來執行轉換。沒有惟1、絕對正確的方法來處理此問題。可使用不一樣的方法來設置最終結果的氣氛，例如經典的電影外觀。可是，調整顏色屬於色調分級以後的顏色等級。咱們只關心下降圖像的亮度，以使其最終落在LDR範圍內。
色調映射是一種後期處理效果，能夠是可選的，所以請將其切換添加到MyPostProcessingStack中。
（開啓色調映射）
它是經過本身的過程完成的，所以爲其添加一個枚舉值和方法，最初只是使用其本身的探查器樣本進行塗抹。設置源ID和目標ID參數RenderTargetIdentifier，以便咱們能夠靈活地傳遞給它。
若是禁用了模糊，則在RenderAfterTransparent中，將色調映射到攝像機目標而不是常規blit。不然，當使用色調映射或MSAA時，經過適當的遍歷建立解析的紋理。所以，在這種狀況下解決可能意味着MSAA解決，色調映射解決或二者兼而有之。
將新的通道添加到PostEffectStack着色器。
並將所需的功能添加到HLSL文件。最初返回的顏色爲負1，飽和度。這能夠指示咱們哪些像素包含過亮的顏色。
（只有過亮的顏色）
3.4 萊因哈德（Reinhard）
色調映射的目的是下降圖像的亮度，以使均勻的白色區域顯示各類顏色，從而揭示丟失的細節。就像你的眼睛不適應忽然明亮的環境，直到再次看的清楚。可是咱們不想均勻地縮小整個圖像，由於那樣會使深色變得難以區分，將高亮度換成曝光不足。所以，咱們須要一個非線性轉換，該轉換不會減小不少暗值，但會減小不少高值。在極端狀況下，零保持爲零，而且接近無窮大的值減少爲1。完成的函數爲 c/(1 + c)，其中c是顏色通道。該功能被稱爲Reinhard色調映射操做，最初由Mark Reinhard提出，只是他將其應用於亮度，而咱們將其應用於各個顏色通道。使咱們的色調映射通道使用它。
（沒有VS有 Reinhard RGB 色調映射）
結果是保證沒有任何過亮像素的圖像，可是整個圖像已經去飽和並有些暗了。徹底處於滿強度狀態的像素減半，你能夠在禁用HDR的狀況下應用色調映射來清楚地看到。
（色調映射在LDR圖像上的應用）
咱們不能在解決MS紋理以前執行色調映射嗎？
能夠，經過自定義解析通道，在對每一個樣本進行平均以前對每一個樣本執行色調映射，這比每一個像素執行一次代價更高。除此以外，像bloom這樣的後處理效果還須要HDR數據。爲了使這些工做有效，解析通道必須在平均後轉換回HDR，以近似原始強度。
3.5 修改Reinhard
色調映射有多種方法-可使用顏色分級對其進行進一步調整-但每通道RGB Reinhard最簡單，所以咱們先將其保留下來。可是咱們能夠進行的簡單調整是經過調整壓縮爲LDR的值範圍來限制效果的強度。超出此範圍的任何東西都保持明亮。這樣一來，咱們就能夠減小對亮度較弱的場景的調整，或者接受一些亮度太高的效果，以保持較暗的顏色不變。
Reinhard也描述了此調整，並將函數轉換爲，其中w 是白點，或本例中的最大色調映射範圍。若是 w是無限的，那麼咱們將再次擁有原始函數，當w 爲1時，色調映射將不執行任何操做。
（ w從1到5）
爲該範圍添加一個配置選項，最小值爲1，由於較低的值會過分曝光整個圖像。最大值能夠爲100，足以近似原始功能。而後計算，並將其做爲Reinhard函數的修改器發送到GPU。
而後，着色器只需計算
（色調映射範圍減小到2）
如今咱們結束了原始的SRP教程系列，該系列從尚處於實驗階段開始。Unity 2019發生了不少變化。爲此，有一個新的自定義SRP系列，它以更現代的方式涵蓋了新舊主題。
本文翻譯自 Jasper Flick的系列教程
原文地址：
https://catlikecoding.com/unity/tutorials
本文分享自微信公衆號 - 壹種念頭（OneDay1Idea）。
若有侵權，請聯繫 support@oschina.cn 刪除。
本文參與「OSC源創計劃」，歡迎正在閱讀的你也加入，一塊兒分享。