详解Unity SRP

Unity SRP（Scriptable Render Pipeline）是Unity引擎中一个可编程的渲染管线，提供了更高的灵活性和可定制性。在本文中，我们将从多个方面详细阐述Unity SRP。

一、SRP简介

Unity SRP是Unity引擎中一个用于替代传统渲染管线的工具，它提供了更加灵活、可扩展、高质量的渲染效果。SRP可以以更少的代码实现自定义渲染管线，这使得它易于定制、高效、随时更改渲染流程，使用户可以更好地控制渲染效果。

Unity SRP 作为可编程渲染管线的基础，在不同的渲染需求下，提供了三种不同的渲染管线模版：

● 高清晰度渲染管线（High Definition Render Pipeline，HDRP）

● 通用渲染管线（Universal Render Pipeline，URP）

● 延迟渲染管线（Lightweight Render Pipeline，LWRP）

其中，HDRP是适用于高端图形、高逼真度渲染的渲染管线，而URP则是适用于多平台、轻量级游戏渲染的渲染管线，LWRP则适用于移动平台等资源受限环境。

二、SRP实现方式

Unity SRP是一个可编程渲染管线，其主要是通过C#和Shader代码实现而成。在SRP中，用户需要对各种过程进行编码，如通过C#脚本控制相机的裁剪、层级渲染、Culling Mask等方式来控制物体的渲染，通过编写Shader图编写自定义材质和着色器，从而完成自定义渲染流程的搭建。

下面是一个简单的SRP渲染示例代码：

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

class MySRPAsset : RenderPipelineAsset
{
    protected override RenderPipeline CreatePipeline()
    {
        return new MySRPPipeline();
    }
}

class MySRPPipeline : RenderPipeline
{
    CameraRenderer renderer = new CameraRenderer();
 
    public override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)
    {
        foreach (var camera in cameras)
        {
            renderer.Render(context, camera);
        }
    }
}

class CameraRenderer
{
    public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
    {
        // 裁剪
        context.SetupCameraProperties(camera);

        // 渲染
        CommandBuffer cmd = new CommandBuffer();
        cmd.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear);  // 清除颜色缓冲区
        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
        cmd.Release();

        // 提交
        context.Submit();
    }
}

这是一个简单的SRP渲染管线的示例代码，其中包括了对裁剪、渲染、提交等过程的控制，同时利用了C#编程语言来编写控制逻辑。

三、HDRP特性

Unity HDRP是适用于高端图形、高逼真度渲染的渲染管线，对比传统渲染管线，HDRP提供了多项特性：

● 物理渲染

HDRP提供了physically-based rendering（PBR）技术，这意味着所有材料都可以通过预制和自定义Shader，相对准确地模拟现实世界中的光照和材料反射等物理过程。

● 实时光线追踪

HDRP提供了光线追踪功能，这允许您更好地模拟自然光线的行为并支持实时光照。

● 后处理

HDRP提供了多种高级后处理特效，例如Bokeh，Bloom等，用于增强图形效果，使得游戏画面效果更加逼真。

下面是一个使用HDRP实现实时光线追踪功能的代码示例：

Shader "Custom/LightTrace"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "black" {}
    }
 
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
 
            #include "UnityPBSLighting.cginc"
            
            struct appdata
            {
                float4 vertex_XYZ : POSITION;
                float4 vertex_UV : TEXCOORD0;
                float3 vertex_Normal : NORMAL;
            };
 
            struct v2f
            {
                float4 vertex_UV : TEXCOORD0;
            };
 
            sampler2D _MainTex;
 
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex_UV = v.vertex_UV;
                return o;
            }
 
            half4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                float3 pos = tex2D(_MainTex, i.vertex_UV.xy).xyz;
                float3 normal = tex2D(_MainTex, i.vertex_UV.zw).xyz;
                Ray ray = new Ray(pos + normal * 0.05f, -normal);
                RaycastHit hit;
                if (Physics.Raycast(ray, out hit))
                {
                    float3 col = SAMPLE_GI_COLOR(hit);
                    return half4(col, 1);
                }
                else
                {
                    return half4(0, 0, 0, 1);
                }
            }
            ENDCG
        }
    }
}

该代码实现了一个基于实时光线追踪的自定义Shader，通过使用物理光线和GPU交互实现了实时渲染效果，从而提高了效率的同时提升了渲染效果。

四、URP特性

Unity URP是适用于多平台、轻量级游戏的渲染管线，相对于HDRP，它变得更加灵活。URP提供了多项特性：

● 可编程渲染管线

允许用户根据自己的需求设计的可编程渲染，包括自定义着色器、后处理、屏幕空间特效等。

● 体积光效果

URP支持高质量、高效率的体积光和雾效，通过这些特效可以改善游戏的外观和感观体验。

● 后处理

URP提供了如波纹、卡通化、变形、扰动等多种特效，可辅助用户实现个性化的画面效果。

下面是一个使用URP实现自定义Shader的代码示例：

Shader "Custom/MyURPShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
 
    SubShader
    {
        Tags {"RenderType"="Opaque"}
 
        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/PBR.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Core.hlsl"
 
            Texture2D _MainTex;
            SamplerState _MainTex_sampler;
            float4 _Color;
 
            struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normal : NORMAL;
            };
 
            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normal : NORMAL;
            };
 
            v2f vert (a2v v)
            {
                v2f o;
 
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
 
                o.uv = v.uv;
 
                o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
 
                return o;
            }
 
            half4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                half albedo = 1;
                half4 c = UNITY_SAMPLE_TEX2D(_MainTex, _MainTex_sampler, i.uv);
                albedo = c.a;
                c *= _Color;
 
                return half4(c.rgb * albedo, c.a);
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

该代码使用URP实现了一个简单的自定义Shader，包括了对材质颜色和透明度的控制，以及对贴图的采样，实现了与官方渲染管线不同的渲染效果。

五、总结

Unity SRP提供了三种不同的渲染管线模板：高清晰度渲染管线（HDRP）、通用渲染管线（URP）和延迟渲染管线（LWRP），不同类型的游戏可以选择适合自己的渲染管线。SRP是一个可编程渲染管线，其主要是通过C#和Shader代码实现而成，用户可以通过定制渲染流程、编写自定义着色器等方式实现自己的渲染要求。SRP也提供了多项特性，如物理渲染、实时光线追踪、体积光、雾效、多种后处理等，使游戏画面效果更加逼真、美观。