unity渲染管线及升级URP_升级为 urp

• 22.5.31 发现这篇只能查找参考用，实际改urp看了用处不大，urp管线下pbrshader流程看新写的URP实现PBR shader吧

一，unity渲染管线简介

Unity引擎的渲染管线主要分为"渲染核心库"与"渲染策略"两个部分, “渲染核心库”是Unity把基于OpenGL/DirectX把渲染相关的接口函数封装成API，这部分Unity引擎写好后作为核心的API渲染库。”渲染策略”指的是Unity引擎绘制整个游戏场景的时候，如何处理多相机，多光源，阴影投射，物体绘制，雾,自发光等。这个就叫做渲染策略，渲染管线基于一种渲染策略，调用渲染核心库中的API，把整个游戏场景绘制出来。

渲染管线通过执行 剔除、渲染、后处理 来获取场景的内容，并将这些内容显示在屏幕上。不同的渲染管线具有不同的功能和性能特征，并且适用于不同的游戏、应用程序和平台。

• unity提供三种渲染管线，内置渲染管线、通用渲染管线(URP)和高清渲染管线(HDRP)，也可以通过unity的可编程渲染管线（Scriptable Render Pipeline,SRP） API 来完全自定义渲染管线。
  1. 内置渲染管线是unity默认的，自定义选项有限，是向前渲染（支持任意多光源，每个光照各走一遍pass性能差）。（可以用CommandBuffer和回调进行骚操作，版稳定性不好死板）
  2. URP(Universal Render Pipeline)「前身LWRP–轻量级渲染管线」是用SRP写的非侵入式轻量级自定义渲染管线，专注性能，比如只支持几个光源但能在同一个pass计算；除了有特殊需求选它就对了。
  3. HDRP可以做更多复杂算法，可以在高端平台上（PC主机等）输出高保真图形，支持全局光照、光线跟踪、子面散射等，但想得到好效果需要大量贴图，人力预算up！「因为这次主要学习URP，HDRP这里就简单了解下。也有人说HDRP太复杂了，不如直接用ue。」

• 其主要区别在于渲染策略，不同的渲染策略对应的shader不一样，之前学习的shader写法都是针对向前渲染的，如果切换成URP则shader包需要重新开发。可编程渲染管线shader语法结构还是shader lab，开发语言使用HLSL，有的也支持shader graphic。

二，通用渲染管线URP

• URP相对内置管线的优点：

  1. 开源。
  2. 渲染路径为单Pass Forward Rendering，DrawCall数量大大下降（支持动态灯光数量受GPU限制），阴影处理性能也好很多。（内置多光源时需要FowardAdd Pass，因此以前后用烘焙light map）
  3. 拓展性好，拓展入口相当于CommandBuffer的可视化操作；新设计取代了GrabPass结构，可以提供Opaque Texture。
  4. SRP Batcher，对shader的批处理，只要着色器变体一样的都一起批处理。并将shader材质数据保存在Gpu中用时绑定，而不是每次用时从缓冲区上传，以此减少渲染状态设置的CPU开销—比如glUniform4fv等设置。「变体是指shader中通过关键字设置的不同逻辑功能或者shader设置参数不同的，就是不同变体」

• 与默认管线功能对比见URP与内置渲染管线功能对照表

• URP与unity版本对应：
  

三，shader升级URP

1，Builtin RP和URP中内置Shader 的对应

2，总体结构

1. 在SubShader的Tags中添加"RenderPipeline" = “UniversalPipeline"表示该SubShader是给URP用的「HDRP设置为"HDRenderPipeline”」
2. 并使用HLSL的宏替代CG：

• HLSL是URP的首选语言，但URP也支持CG语言，因此CGPROGRAM等也能用，就是和SRP Batcher 不兼容。

3. 在Properties中声明的属性需要再在HLSL 代码中用CBUFFER声明（为了SRP Batcher）：

TEXTURE2D(_BaseMap);
SAMPLER(sampler_BaseMap);

CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
    half4 _BaseColor;
    float4 _BaseMap_ST;
CBUFFER_END
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4. fixed都不支持了，改为half或者float。

3，include

• include对应：

• 示例

#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
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• URP其他常用include：SpaceTransforms.hlsl、ShaderVariablesFunctions.hlsl、Common.hlsl、Input.hlsl、Color.hlsl、DeclareDepthTexture.hlsl、DeclareOpaqueTextue.hlsl
• Core.hlsl可以直接引用，UnityInput.hlsl、UnityInstancing.hlsl、SpaceTransforms.hlsl等需要带上前缀，防止重定义。

4，光照模式LightMode

• Builtin RP和URP对应的光照模式：

• URP新增的：DepthOnly、Meta（用于烘焙光照贴图）、Universal2D（用于2D的前向渲染）、UniversalGBuffer（延迟渲染用）、UniversalForwardOnly（延迟渲染中表示该pass用向前渲染）。

5，变体Variants

• 类似内置管线用multi_compile_fwdbase编译ForwardBasePass；URP涉及批处理的变体，可以用#pragma multi_compile添加关键字设置：

#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS
#pragma multi_compile _ _MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE
#pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHTS_VERTEX _ADDITIONAL_LIGHTS
#pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHT_SHADOWS
#pragma multi_compile _ _SHADOWS_SOFT
#pragma multi_compile _ _MIXED_LIGHTING_SUBTRACTIVE
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6，预定义宏

辅助宏

阴影贴图

参考Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl

纹理采样器声明

光照、雾

7，辅助函数

变换函数

通用辅助函数

向前渲染函数

屏幕空间

顶点光照

深度

可直接使用 _CameraDepthTexture来采样深度纹理，也可使用SampleSceneDepth(…) 和 LoadSceneDepth(…)来采样。

其他

7，内置变量

使用循环所有其他灯光–GetAdditionalLight()，查询其他灯光计数–GetAdditionalLightsCount()。

8，后处理

• URP不支持OnPreCull，OnPreRender，OnPostRender和OnRenderImage。
• 支持OnRenderObject和OnWillRenderObject，但旧管线直接用有问题，需要改写。
• UPR函数+示例：

beginCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
endCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
beginFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras)
endFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras)
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void OnEnable()
{
    RenderPipelineManager.beginCameraRendering += MyCameraRendering;
}

void OnDisable()
{
    RenderPipelineManager.beginCameraRendering -= MyCameraRendering;
}

void MyCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
    ...
    if(camera == myEffectCamera)
    {
    ...
    UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera(context, camera);
    }
    ...
}
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参考资料

1. unity官方文档
2. 知乎-Unity URP/SRP 渲染管线浅入深出
3. From Built-in to URP
4. 内置到URP官方切换文档