Unity轻量级渲染管线LWRP源码及案例解析（上）

Unity轻量级渲染管线LWRP源码及案例解析（上）

原创： 张黎明 Unity官方平台 今天

收录：白袍扶心 (之前、当前、将来笔记都在GIT了-嘿嘿）

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

小道说一个LWRP(这里和原来Shader的写法有区别，不过这样更对应GLSL和HLSL，OPENGL和DX你懂的）：
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
float _Outline;
float4 _OutlineColor;
CBUFFER_END

原创： 张黎明 [Unity官方平台]

今天本文将分享Unity大中华区技术总监张黎明在Unite 2019上的技术演讲－Unity轻量级渲染管线LWRP源码及案例解析。

受篇幅限制，本次演讲将分享二篇内容。本文将介绍可编程渲染管线SRP和轻量级渲染管线LWRP、LWRP与Built-in内置渲染管线区别、LWRP源码解析Core RP和Lightweight RP。

演讲内容

你们好，个人演讲题目是《Unity轻量级渲染管线LWRP源码及案例解析》。

你们可能发现技术分享一般去讲使用为主，讲源码的很是少，为何我会选择讲源码？

这是出于有二个缘由：

• 第一个缘由是轻量级渲染管线LWRP实在是太新了，根本就找不到太多文档。我原本想找文档给你们讲解一下，结果发现没有。我本身学习也只能经过查看源码的方式，咱们内部也没有文档。

• 第二个缘由是咱们发现一些客户已经开始使用了，并且他们每一个游戏都有一些特殊的需求，有的游戏可能须要对Unity轻量级渲染管线LWRP进行一些定制。这样就必需要查看源码，从而在游戏中达到更好的效果。

下面是我本次分享的主要内容，首先会简单介绍什么是Unity的可编程渲染管线SRP以及轻量级渲染管线LWRP。

可编程渲染管线SRP

首先，简单介绍一下Unity的可编程渲染管线SRP。

过去，咱们有一套内置渲染管线的Render Pipeline，渲染管线所有写在引擎的源码里，使用C#代码编写。你们基本上不能改动，除非是买了Unity的源码客户，固然大部分开发者是不会去改源码，因此过去的管线对开发者来讲，很难进行定制。

对于咱们来讲也有负担，由于咱们要在一个渲染管线里面支持全部的二十多个平台，包括很是高端的PC平台，主机平台，也包括很是低端的平台，很老的手机也要支持。

因而，这套代码会变得愈来愈臃肿，很难作到使效率和效果作到最佳，因此咱们如今有一套新的基于脚本的渲染管线。

它主要把渲染管线拆分红二层：

• 一层是比较底层的渲染API那层，像OpenGL，D3D等相关的都封装起来。
• 另外一层是渲染管线比较上层的描述，上层代码使用C#来编写。在C#这层不须要关注底层在不一样平台上渲染API的差异，也不须要关注具体如何作一个Draw Call。

咱们在C#这边会一批对象一批对象的画，这样性能也会更好一些。

Unity官方基于Scriptable Render Pipeline可编程渲染管线提供了二套模板：一个是轻量级渲染管线LWRP，一个是高清晰渲染管线HDRP。

高清渲染管线HDRP是所有基于Compute Shader，基于最新的硬件来开发的，能够达到顶尖的渲染效果。例如Unity的官方演示项目《异教徒》，它的效果很是惊艳。

轻量级渲染管线LWRP

另一个渲染管线是轻量级渲染管线LWRP，主要是为了移动平台设计，也就是最流行的手机游戏平台，它能够达到更高的效率，而后可定制性也更好。

这二个模板都是开源的，你们均可以在Github下载，也能够本身进行修改。

高清晰渲染管线HDRP只支持最高端的平台，即目前比较好的PC和主机平台，但轻量级渲染管线LWRP支持全部的平台。

咱们的目标是轻量级渲染管线LWRP在性能方面比过去内置的管线更好。在Unity 2019.1中，轻量级渲染管线LWRP已经成为正式版本，可用于正式的项目制做。

LWRP与内置渲染管线对比

咱们和不少客户有过沟通，发现其实你们对轻量级渲染管线LWRP不是很理解。不少人一听到轻量级管线LWRP就以为有点LOW，以为如今你们制做移动游戏都开始作AAA级，画面都要PBR，都要超大世界，各类特效，后处理都加上。

不少人可能尚未去了解轻量级渲染管线LWRP，就以为是否是赶不上目前的主流画面。因此，我先给你们对比一下轻量级渲染管线LWRP和老的渲染管线有什么差异。

如上图所示，最重要一点就是第一行，老的渲染管线使用Multi-Pass的Forward Rendering，就是多Pass的正向渲染。最大的问题是若是要在场景里要加不少动态光的话，每个动态光都有可能会增长一个Pass，这个动态光所影响的物体要多画一遍。

这就致使若是游戏里想要有多个动态光的话，可能这个场景会被画不少遍，性能会不好。它带来的问题是全部的游戏几乎都不会用多个动态光，由于实在太费性能了。

在过去制做移动的游戏的过程当中，你们的标准作法都是烘焙Lightmap。若是能够用多个动态光，咱们其实能够作出更酷的效果。

例如，制做一个有魔法的游戏，游戏中每一个人都释放一个魔法球出来，咱们彻底能够给它加一个动态的灯光，跟着它一块儿飞出去，这样的效果很是酷。可是由于过去每增长一个动态光都会致使渲染Pass增多，因此你们就不敢使用。

如今轻量级渲染管线LWRP就解决了这个问题。咱们实现了一个单PASS的正向渲染。咱们能够支持多盏动态光，可是所有动态灯光都会放在一个Pass里渲染，这样带来的问题是咱们要限制灯光的数量，由于每次Draw Call去画的时候，传给GPU的参数是有限的。

若是灯光数量特别多，参数太多，那就会没法在一次Draw Call里完成不少个灯光。因此咱们有一些限制，在轻量级渲染管线LWRP里，目前是支持1盏平行光，每一个对象可能只能接受4个动态光。每一个摄像机也有一些限制，这是为了咱们能够把全部的计算放在一个Pass里面。

Unity2019.2，Unity 2019.3可能会把这个限制再提升一些。相信大部分的游戏也不太会在一个场景里加太多动态光，若是能够作到8盏动态光，可能对于大部分游戏来讲也足够了，这样在一个Pass里的渲染性能会更好。

另外，轻量级渲染管线LWRP还有新加入的功能，包括Scriptable Render Pass，还有SRP的Batcher合批。合批会比过去好一些，轻量级渲染管线LWRP仍会支持静态合批和动态合批。咱们还会提供可经过脚本定制的Render Pass以及Custom Renderers。

不少客户给咱们反馈，如今使用轻量级渲染管线LWRP，最欠缺的是二个功能：

• 首先是目前还未支持的Shadow Mask，这在老的内置渲染管线里已经有了。咱们计划在Unity 2019.3提供Shadow Mask的功能。
• 其次是延迟渲染Deferred Rendering，它在老的管线有，新渲染管线没有，它也会在Unity 2019.3提供。

关于PBR，你能够认为它彻底不比内置渲染管线差，它也是使用了移动平台上的最好光照模型。若是再往上提高的话，就是HD渲染管线的PBR光照算法，这样的话就太费性能了，可能不适合你们作移动游戏了。

在PBR这方面，它基本和内置渲染管线是保持一致的。若是你们仍是不满意的话，能够修改轻量级渲染管线的Shader，修改光照模型就能够了。

如上图所示，这是咱们本身进行了一些测试结果，基本上在各个方面的性能都是比内置渲染管线要好。

上图显示的是新增功能Custom Render Pass，主要是为了提供可扩展性。咱们仍是但愿你们不改源码就能够进行扩展，因此提供了这种方式。若是这样还不够的话，你们再去考虑改源码。

咱们推荐你们，能够不改源码实现，就尽可能不改源码，由于改了源码后，升级会很麻烦，本身要升级修改过的代码到新的版本，要避免冲突，增长你们的工做量。

如上图所示，在Unity开发路线图里，除了如今提供的Forward Renderer，Unity 2019.2会提供一个2D的Renderer，它主要提供2D的光照和2D的阴影效果。Unity 2019.3会增长Deferred Renderer，一个延迟渲染的Renderer。

LWRP源码解析－Core PR

若是要使用轻量级渲染管线LWRP，你须要在Package Manager里导入二个Package：Core RP和Lightweight RP。

Core RP是高清晰渲染管线HDRP和轻量级渲染管线LWRP共同依赖的包，由于有一些代码须要共用，因此咱们把这部分代码拆到Core RP中。

以下图所示，咱们看一看Core RP文件夹的结构。

Editor文件夹中是编辑器脚本，作一些Inspector里显示参数的代码。Runtime文件夹中是主要代码，有一些共用的Shader Library，共用的Shader代码放在这里，其它还有一些测试代码。

在Runtime > Common文件夹中有一个CommandBufferPool，轻量级渲染管线LWRP和高清晰渲染管线HDRP都要用到它。

若是你要用一个CommandBuffer的话，不要本身New一个，而是在Pool里拿一个，由于它会缓存下来，等下一帧须要用的时候，能够在库里拿出来直接用，而不是每次New一个，Delete一个，这样性能会比较差。

Volume文件夹是实际上相似于Post-Processing Stack后处理栈里面的PostProcessVolume，这是一个通用的Volume，能够调一些渲染管线的参数，它能够在进入一个体积后调一些参数。

Core RP其实很简单，我主要但愿让你们知道，没有必要花太多的时间看这些东西，由于它里面没有太多的内容。

LWRP源码解析－Lightweight PR

咱们的重点是另外一个Package，即Lightweight RP里面有哪些东西。

本次重点会讲下图中这些类，这是源码中的一些类，我要介绍这些类的用途是什么？

咱们先作一点轻松的事情，我制做了一个很简单的Demo，简单说一下轻量级渲染管线LWRP怎么使用？

第一步要在Package Manager里面导入package，导入以后须要Create一个Light Weight Render Pipeline Asset。建立后咱们有Graphics Settings。

咱们要把Asset拖到Scriptable Render Pipeline Settings这个位置，而后引擎会把当前渲染管线改为刚刚建立的Asset这种类型的渲染管线，老的内置渲染管线就开始不执行了。建立的轻量级渲染管线LWRP在Asset上有一些参数设置。

首先有Renderer，而后有二个选项Depth Texture和Opaque Texture。Render Pipeline Asset上会保存轻量级渲染管线LWRP的一些参数。

这里有一个刚刚提到的Opaque Texture选项，它对应的代码就是LightweightRenderPipelineAsset类。

咱们写了这个类以后，就能够在Editor里右键新建一个这种类型的Asset，它继承自RenderPipelineAsset这个类。

LightweightRenderPipelineAsset类中声明了一些变量，这些变量就是在Inspector看到的Render Pipeline Asset上的参数，它们都是在这个类里面定义。也就是说，这个类是用于序列化Lightweight Pipeline上全部的参数。

若是你们之后自定义轻量级渲染管线LWRP，但愿增长本身的参数，找到LightweightRenderPipelineAsset这个类，并添加参数就能够了。

RenderPipelineAsset继承自ScriptableObject，你们应该知道，ScriptableObject这个类是专门用于序列化数据的，因此它在这里序列化轻量级渲染管线LWRP的数据。

而后看一看Opaque Texture选项，这是轻量级渲染管线LWRP提供的一个功能。

在内置渲染管线Pipeline中，若是想作一个折射的效果，例如水的效果，过去的作法是用GrabPass，在Shader里写一个GrabPass，它会抓取当前的屏幕画面，而后对画面作扭曲和水的扰动等效果。

GrabPass的问题是它的性能不太好，并且在不一样手机硬件上，不一样渲染API上的实现方式不同，有的硬件上性能特别差，致使帧率降得特别厉害。

如今咱们在轻量级渲染管线LWRP中，能够直接在不透明物体画完后，勾上Opaque Texture选项后，它就会把当前画面抓取到RenderTexture里。若是要作折射效果或是水的效果，或者是玻璃的折射的话，直接用该选项便可。

再看一下这个Demo，勾选Opaque Texture后，它用起来很是简单。在Shader中，咱们须要去定义一个CameraOpaqueTexture的变量，定义了后就能够直接在后面的Fragment Pixel Shader去采样。

咱们直接能够采样贴图的Sampler，能够作一些扰动效果，很是方便。咱们没必要像过去那样使用GrabPass，致使一些性能问题。

最主要的渲染管线的执行是在LightweightRenderPipeline类中，它继承自RenderPipeline基类。这个基类实际上是一个Interface，里面其实没有作什么实现，全部实现都在这个轻量级渲染管线脚本里。

如上图所示，这个主的渲染函数也很简单，就是For循环全部相机，而后调用RenderSingleCamera，渲染每一个相机的函数，逻辑比较简单。

如上图所示，在RenderSingleCamera中有几行比较重要的代码。上面这行会进行判断，如今在SRP里能够有一个额外的数据。在Lightweight Render Pipeline和HD Render Pipeline上的参数都不同，HD的参数会多不少。它会把这些不同的参数拆出来并进行判断。

这里有一个if判断，用来判断相机上的参数有没有设置Renderer。若是有，就优先用相机上的Renderer。若是没有设置，就用Render Pipeline Asset上设置的Renderer。

在LightweightRenderPipelineAsset上能够选择Renderer，上面有Custom和Forward Renderer二个选项，它本质上也是Forward Renderer。

在相机上也能够选择Renderer Type，能够选择使用刚刚Asset中的设置，也能够选择在每一个相机用不一样的Renderer。代码里会优先使用相机上的设置，若是相机没有设置，它会使用Asset设置的Renderer。

最下面的代码会调用Renderer.Setup进行配置和渲染执行。

小结

在本篇中，张黎明介绍可编程渲染管线SRP，LWRP与内置渲染管线区别，LWRP源码解析Core RP和Lightweight RP。在下一篇中，他将分享如何定制轻量级渲染管线LWRP。

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