unity渲染引擎学习_渲染引擎unity

渲染管线基础：参考文档
HDRP 和 URP
可参考这里
HDRP：High Definition Render Pipleline 高清管线流程，专注于高端图形渲染。
URP：Universal Render Pipleline 通用管线流程，性能较高。

什么是渲染管道？

是指在显示器上为了显示出图像而经过的一系列必要操作。 渲染管道中的很多步骤，都要将几何物体从一个坐标系中变换到另一个坐标系中去。

CPU渲染逻辑

进行剔除(Culling):
1.视锥体剔除(Frustum Culling)：如果场景中的物体在视锥体外部，说明物体不可见，不需要对其进行渲染.。在Unity中可以通过设置Camera的Field of view, Clipping Planes等属性修改视锥体属性。

2.层级剔除(Layer Culling Mask)：通过给物体设置不同的层级，让摄像机不渲染某一层，在Unity中可以通过Culling Mask属性设置层级可见性。

3.遮挡剔除(Occlusion Culling)：主要由渲染队列(Render Queue)的值决定的，不透明队列(RenderQueue < 2500)，根据摄像机距离从前往后排序，这样先渲染离摄像机近的物体，远处的物体被遮挡剔除；半透明队列(RenderQueue > 2500)，根据摄像机距离从后往前排序，这是为了保证渲染正确性，例如半透明黄色和蓝色物体，不同的渲染顺序会出现不一样的颜色 。

打包数据:
将数据提交打包准备发送给GPU：

1.模型信息:顶点坐标、法线、UV、切线、顶点颜色、索引列表…

2.变换矩阵:世界变换矩阵、VP矩阵(根据摄像机位置和fov等参数构建)

3.灯光、材质参数：shader、材质参数、灯光信息

调用SetPass Call， Draw Call：
SetPass Call: Shader脚本中一个Pass语义块就是一个完整的渲染流程，一个着色器可以包含多个Pass语义块，每当GPU运行一个Pass之前，就会产生一个SetPassCall，所以可以理解为调用一个完整渲染流程。

DrawCall：CPU每次调用图像编程接口命令GPU渲染的操作称为一次Draw Call。Draw Call就是一次渲染命令的调用，它指向一个需要被渲染的图元（primitive）列表，不包含任何材质信息。GPU收到指令就会根据渲染状态（例如材质、纹理、着色器等）和所有输入的顶点数据来进行计算，最终输出成屏幕上显示的那些漂亮的像素。

Unity中可以通过开启Stats查看SetPass Call 和DrawCall调用的次数，它们可能会占用大量CPU资源，是性能优化中非常值得关注的一个点

CPU渲染阶段最重要的输出是渲染所需的几何信息，即渲染图元（rendering primitives），通俗来讲，渲染图元可以是点、线、三角面等，这些信息会传递给GPU渲染管线处理。

GPU渲染原理
1.顶点处理：

顶点着色器（Vertex Shader）：主要执行坐标转换和逐顶点光照的任务，坐标转换是将顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间中。

曲面细分着色器 (Tessellation Shader）：可选着色器，主要是对三角面进行细分，以此来增加物体表面的三角面的数量。借助它可以实现细节层次(LOD,Level-of-Detail)的机制，离摄像机越近的物体细节更加丰富。

几何着色器（Geometry Shader）：将输入的点或线扩展成多边形。

2.图元装配(Primitive Assembly)：
裁剪（Clipping）：一部分位于摄像机视野内，另一部分在摄像机视野外部，外面这部分不需要进行渲染,可以将它裁剪掉。

标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates，NDC)：在裁剪空间的基础上，进行透视除法(perspective division)后得到的坐标叫做NDC坐标，将坐标从裁剪空间的(-w,-w,w)变换为(-1,-1,1)，即除 w，获得NDC坐标是为了实现屏幕坐标的转换与硬件无关。

背面剔除(Back-Face Culling)：背对摄像机的三角面剔除，默认情况下，如果这三个点是顺时针排列的，认为是背面，否则认为是正面。

屏幕映射（ScreenMapping）：把每个图元的x和y坐标转换到屏幕二维坐标系。

3.光栅化(Rasterization)
将变换到屏幕空间的图元离散化为片元的过程。

4.片元着色器(Fragment Shader)
最主要的任务就是着色,光栅化阶段实际上并不会影响屏幕上每个像素的颜色值，而是会产生一系列的数据信息，用来表述一个三角网格是怎样覆盖每个像素的。

纹理贴图（Textures）：纹理贴图也称为纹理映射，是将图像信息映射到三角形网格上

用一个二维的坐标(u，v)来表示纹理坐标，其中u是横坐标，v是纵坐标，因此一般也被称为UV坐标。UV坐标一般被归一化到[0,1]之间。

光照计算（Lighting）：光照由直接光和间接光组成。
漫反射Difuse：是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。
镜面发射Specular：是指若反射面比较光滑，当平行入射的光线射到这个反射面时，仍会平行地向一个方向反射出来。
环境光Ambient：用来模拟全局光照效果的。

5.输出合并（Output-Merger）
主要是对每一个片元进行一些输出合并操作，包括Alpha测试、模板测试、深度测试和混合。

贴图
MipMapping： 在三维计算机图形的贴图渲染中有常用的技术，为加快渲染进度和减少图像锯齿，贴图被处理成由一系列被预先计算和优化过的图片组成的文件，这样的贴图被称为MipMap。

材质
metallic：金属材质，最高金属性级别下，表面颜色完全由来自环境的反射驱动。

环境光：
游戏中整体的亮度，就像我们的白天和晚上。在这里打开：Window - Rending - Lighting。

Environment Lighting
可影响当前场景中的环境光的设置。
1.Source
定义场景中环境光的光源颜色。主要有3种，默认值为 Skybox。
Skybox：使用 Skybox 材质中设置的颜色来确定来自不同角度的环境光。效果比 Gradient 更精细。
Gradient：可为来自天空、地平线和地面的环境光选择单独的颜色，并在它们之间平滑混合。
Color：对所有环境光使用单调颜色。

2.Intensity Multiplier
设置场景中环境光的亮度，定义为 0 到 8之间的值。默认值为 1。

Environment Reflections
包含反射探针烘焙的全局设置，以及影响全局反射的设置。
反射探针： 非常像一个捕捉周围各个方向的球形视图的摄像机。然后，捕捉的图像将存储为立方体贴图，可供具有反射材质的对象使用。可在给定场景中使用多个反射探针，并可将对象设置为使用由最近探针生成的立方体贴图。

Source：反射源，默认使用天空盒作。
Resolution：反射的天空盒的分辨率，仅当 Source 设置为 Skybox 时，此属性才可见。这个设置过大会影响性能。
Compression：是否使用反射纹理压缩。默认是auto。
Intensity Multiplier：反射源在反射对象中可见的程度。
Bounces：当来自一个对象的反射随后被另一个对象反射时，便发生反射反弹。使用此属性可设置反射探针评估对象之间来回反弹的次数。如果设置为 1，则 Unity 只会考虑初始反射（来自 Reflection Source 属性中指定的天空盒和立方体贴图）。

光源种类：
1.Directional Light(方向光，平行光)
使用最多的一种光源，效果相当于现实世界中的太阳光。光源的位置和大小都不会影响物体的渲染效果，但是光方向会有影响。同时也是最省资源的一种光。

2.Point Light（点光源）
类似于灯泡，从一点向四面八方发射光线。影响该范围内的所有物体。但是比较耗资源。实际使用中大多采取烘焙的方式。

3.Spotlight（聚光灯）
从一点向某个方向发出光线，按照圆锥体范围照射，类似于手电筒。

4.Area Light（区域光，面光源）
使用较少，不能用于实时光照，通常用于光照烘焙。

Shader
LOD是什么，优缺点是什么？

LOD(Level of detail)多层次细节，是最常用的游戏优化技术。它按照模型的位置和重要程度决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染运算。缺点是增加了内存。

场景物体是否在相机显示内？

	1.MonoBehaviour 自带方法
	//物体可见时
	void OnBecameVisible(){}
	//物体不可见时
	void OnBecameInvisible(){}
	
	2.对比viewport坐标
	public bool isInViewport(Vector3 p3)
	{
		//将世界坐标换成 viewport，数值在0,0和1,1之间
		Vector3 viewPos = Global.camera.WorldToViewportPoint(p3);
		return  viewPos.x >= 0 && viewPos.x <= 1 && viewPos.y >= 0 && viewPos.y <= 1;
	} 
	3.对比屏幕坐标
	public bool isInViewport(Vector3 p3)
    {
    	//屏幕坐标
        Rect CenterRect = new Rect(0, 0, Screen.width, Screen.height); 
        //将世界坐标转换成 屏幕坐标
        var screenPoint = Camera.main.WorldToScreenPoint(p3);
        return CenterRect.Contains(screenPoint);
   } 
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