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【Unity URP】探讨描边方案 自定义后处理Volume_unity volume

作者：我家小花儿 | 2024-02-17 22:09:40

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unity volume

写在前面

本篇内容实现了在URP下获取深度、法线实现描边的后处理描边之前做的工作，包括讨论描边方案，以及写shader之前的自定义renderFeature和Volume组件的过程。

由于是想复刻《SCHiM》游戏里的画面风格，所以本篇文章的需求很明确，会夹杂一些自己的分析思考，并不是严格意义上的分享某一种描边技术的文章，更多的是个人的记录。

由于URP各个版本更新换代太快了，贴一下项目环境，给后面看到这篇文章的小伙伴提个醒，我的项目环境：

URP12.1.7

Unity2021.3.8f1

 1 明确描边需求

1.1 分析

 之前学习《入门精要》的时候就实现过基于Sobel算子的边缘检测描边效果：【Unity Shader】屏幕后处理2.0：实现Sobel边缘检测，这是一种基于颜色信息进行描边的方法，再来回顾一下效果：

​

​

简单总结一下这个实现的效果：

  • 除了边缘，物体的纹理有明显过渡的地方也会描边
  •  阴影也会被描边

在实现任何效果之前，我们需要明确需求，再提出合理的渲染方案，才是一个正确的思路。

这里再明确一下需求，由于我是有针对性地复刻游戏画面，我希望：

  • 最基础的，给物体边缘描边
  • 阴影虽然也有描边，但是阴影描边颜色是可控的，粗细也是额外控制的，因此阴影不能被后处理描上边
  • 最后，其实也是最特别的，游戏中出现了很多如下的平面的、简单的描边效果：

进行场景分析的时候也总结过：

所以上述需求，单纯的Sobel算子边缘检测无法满足需求。

1.2 提出实现方案

场景中阴影描边自己来，通过shadow值step就行，不赘述。

主要是场景中的那些装饰性的框框怎么实现。想了很久，最后定了一种可行的方案——基于Mask图进行Sobel算子边缘检测描边，然后场景中的物体描边采用深度+法线纹理后处理描边法解决。

2 基于Mask图的描边

原理大概是：场景中色彩不是很复杂，是单色Shading，按理来说纹理是不需要的。这里我们就不传递sRGB的颜色纹理，选择传递储存Mask信息的单通道纹理。

纹理需要在建模阶段，给场景中对应的物件进行特别的绘制，例如地面的斑马线、花坛的小砖块等等，纹理类似这样：

由于我还没开始准备场景中的模型贴图等资产，只能先随便简单画几个框框，看看铺在地面上的效果。

接下来我们进行正常的Sobel算子边缘检测，完全跟之前的实现过程一样，最后也是获得一个edge参数：

接下来

中间还需要把阴影考虑进去，再得到最后的值：

最后的效果（观察地板上的描边）：

这样，场景中装饰性的平面上的描边效果，就实现了，并且还不是后处理，而是包含在了基本着色的Pass里。

接下来就是基于深度和法线的描边了，这里就开始了后处理描边的实现。我希望给他写成一个可以在Volume面板看到的一个后处理效果，所以可能步骤相对繁琐，需要脚本和shader之间的参数传递。先来回顾一下Volume组件：

3 URP下的后处理

URP下后处理都塞在了一个叫做Global Volume的组件中，我们右键可以创建出来：

挂到场景中后，可以在Volume下Add Override添加一些URP内置的后处理效果：

这些内置的后处理效果，Volume控制脚本都放在了这儿：

打开个Bloom后处理面板跟脚本对着看看：

会发现仅仅是可视化了面板，这个cs脚本再跟相应的RenderFeature想匹配，我们就可以实现Volume组件里控制后处理效果了！

4 自定义Volume

我们可以仿照这自定义一个Outline Volume组件，当然，这个Outline组件具体需要什么参数，只有写完shader之后才能明确知道，文章其实也是写完pass之后再回来补充的，所以直接给出Volume的脚本：

  1. using System;
  2. using UnityEngine;
  3. using UnityEngine.Rendering;
  4. using UnityEngine.Rendering.Universal;
  5.  
  6. namespace UnityEngine.Rendering.Universal
  7. {
  8.     [Serializable,VolumeComponentMenu("My-post-processing/Outline")]
  9.     public class OutlineVolume : VolumeComponent, IPostProcessComponent
  10. {
  11.     [Tooltip("边缘颜色")]
  12.     public ColorParameter  OutlineColor = new ColorParameter(Color.white);
  13.     [Tooltip("边缘检测大小")]
  14.     public ClampedFloatParameter Scale = new ClampedFloatParameter(1f, 0f, 10f);
  15.     [Tooltip("深度")]
  16.     public ClampedFloatParameter DepthThreshold = new ClampedFloatParameter(0.2f, 0f, 10f);
  17.  
  18.     [Tooltip("法线深度")]
  19.     public ClampedFloatParameter NormalThreshold = new ClampedFloatParameter(0.4f, 0f, 1f);
  20.     public ClampedFloatParameter DepthNormalThreshold = new ClampedFloatParameter(0.5f, 0f, 1f);
  21.     public ClampedFloatParameter DepthNormalThresholdScale = new ClampedFloatParameter(7f, 0f, 10f);
  22.  
  23.  
  24.     public bool IsActive() => Scale.value > 0;
  25.  
  26.     public bool IsTileCompatible() => false;
  27.  
  28. }
  29. }
  30.

这样就能在自定义路径下添加组件了。

当然这仅仅是写参数，还需要自定义一个实现方法。我们用RenderFeature来实现，完全把URP内置的实现路径和我们自定义的后处理过程剥离开，下一步就是自定义RenderFeature了。

5 自定义RenderFeature

刚接触URP的时候，一直不想去用RenderFeature，，觉得很麻烦，这次静下心来扒了一下整个过程，感觉还是足以理解的！

学习，我主要参考unityURP管线学习+后处理这篇文章最后的Volume相关的内容，最后的定义过程，参考了URP | 后处理-描边和Unity Outline Shader Tutorial，学习并实现了RenderFeature和Volume面板，完成的话接下来就能安心写主要的shader内容了：

  1. using UnityEngine;
  2. using UnityEngine.Rendering;
  3. using UnityEngine.Rendering.Universal;
  4.  
  5.  
  6. public class OutlineRenderFeature : ScriptableRendererFeature
  7. {
  8.     [System.Serializable]
  9.     // 定义3个共有变量
  10.     public class Settings
  11.     {
  12.         //public Shader shader; // 设置后处理shader
  13.         public Material material; //后处理Material
  14.         public RenderPassEvent renderPassEvent = RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing; // 定义事件位置，放在了官方的后处理之前
  15.     }
  16.  
  17.     // 初始化一个刚刚定义的Settings类
  18.     public Settings settings = new Settings(); 
  19.     // 初始化Pass
  20.     OutlinePass outlinePass;
  21.  
  22.     // 给pass传递变量，并加入渲染管线中
  23.     public override void Create()
  24.     {
  25.         this.name = "OutlinePass"; // 外部显示的名字
  26.         this.
  27.         outlinePass = new OutlinePass(settings.renderPassEvent, settings.material);
  28.     }
  29.  
  30.     public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
  31.     {
  32.         renderer.EnqueuePass(outlinePass);
  33.     }
  34.  
  35.     
  36. }
  37.  
  38. public class OutlinePass : ScriptableRenderPass
  39. {
  40.     static readonly string renderTag = "Post Effects"; // 定义渲染Tag
  41.     Material tmaterial;
  42.     OutlineVolume outlineVolume;  // 传递到volume,OutlineVolume是Volume那个类定义的类名
  43.     public OutlinePass(RenderPassEvent evt, Material tmaterial)
  44.     {
  45.         renderPassEvent = evt; // 设置渲染事件位置
  46.         //var shader = tshader;  // 输入shader信息
  47.         var material = tmaterial;
  48.         if (material == null)
  49.         {
  50.             Debug.LogError("没有指定Material");
  51.             return;
  52.         }
  53.     }
  54.  
  55.     // 后处理逻辑和渲染核心函数，相当于build-in 的OnRenderImage()
  56.     public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
  57.     {
  58.         // 判断是否开启后处理
  59.         if (!renderingData.cameraData.postProcessEnabled)
  60.         {
  61.             return;
  62.         }
  63.  
  64.         // 渲染设置
  65.         var stack = VolumeManager.instance.stack;             // 传入volume
  66.         outlineVolume = stack.GetComponent<OutlineVolume>();  // 拿到我们的volume
  67.         if (outlineVolume == null)
  68.         {
  69.             Debug.LogError("Volume组件获取失败");
  70.             return;
  71.         }
  72.  
  73.         var cmd = CommandBufferPool.Get(renderTag);     // 设置渲染标签
  74.         Render(cmd, ref renderingData);                 // 设置渲染函数
  75.         context.ExecuteCommandBuffer(cmd);              // 执行函数
  76.         CommandBufferPool.Release(cmd);                 // 释放
  77. 	}
  78. 	void Render(CommandBuffer cmd, ref RenderingData renderingData)
  79.     {
  80.         RenderTargetIdentifier source = renderingData.cameraData.renderer.cameraColorTarget;                 // 定义RT
  81.         RenderTextureDescriptor inRTDesc = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor;
  82.         inRTDesc.depthBufferBits = 0;                                                                          // 清除深度
  83.  
  84.         var camera = renderingData.cameraData.camera;                         // 传入摄像机
  85.         Matrix4x4 clipToView = GL.GetGPUProjectionMatrix(camera.projectionMatrix, true).inverse;
  86.  
  87.         tmaterial.SetColor("_Color", outlineVolume.OutlineColor.value);   // 获取value 组件的颜色
  88.  
  89.         tmaterial.SetMatrix("_ClipToView", clipToView);   // 反向输出到Shader
  90.  
  91.         tmaterial.SetFloat("_Scale", outlineVolume.Scale.value);
  92.         tmaterial.SetFloat("_DepthThreshold", outlineVolume.DepthThreshold.value);
  93.         tmaterial.SetFloat("_NormalThreshold", outlineVolume.NormalThreshold.value);
  94.  
  95.         tmaterial.SetFloat("_DepthNormalThreshold", outlineVolume.DepthNormalThreshold.value);
  96.         tmaterial.SetFloat("_DepthNormalThresholdScale", outlineVolume.DepthNormalThresholdScale.value);
  97.  
  98.         int destination = Shader.PropertyToID("Temp1");
  99.  
  100.         // 获取一张临时RT
  101.         cmd.GetTemporaryRT(destination, inRTDesc.width, inRTDesc.height, 0, FilterMode.Bilinear, RenderTextureFormat.DefaultHDR); //申请一个临时图像，并设置相机rt的参数进去
  102.  
  103.         cmd.Blit(source, destination);                            // 设置后处理
  104.  
  105.  
  106.         cmd.Blit(destination, source, tmaterial, 0);
  107.     }
  108. }

体现在面板上就是：

关于展示到面板部分的内容，需要给定义的结构体前加上[System.Serializable]。

我发现，如果只是创建一个RenderFeature脚本，跟URP下创建shader一样，函数啥的都缺胳膊少腿的，为什么不像创建URP Shader模板那样，也创建一个带有Pass的RenderFeature脚本模板呢！

然后我就写了个模板：

用的话Asset->Rendering->MyRenderFeature，就能创建自定义的模板啦！ 

那么下一步，就是写shader了！明天继续！

参考

如何扩展Unity URP的后处理Volume组件 (zhihu.com)

Unity Outline Shader Tutorial - Roystan

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