詳解Unity SRP

Unity SRP（Scriptable Render Pipeline）是Unity引擎中一個可編程的渲染管線，提供了更高的靈活性和可定製性。在本文中，我們將從多個方面詳細闡述Unity SRP。

一、SRP簡介

Unity SRP是Unity引擎中一個用於替代傳統渲染管線的工具，它提供了更加靈活、可擴展、高質量的渲染效果。SRP可以以更少的代碼實現自定義渲染管線，這使得它易於定製、高效、隨時更改渲染流程，使用戶可以更好地控制渲染效果。

Unity SRP 作為可編程渲染管線的基礎，在不同的渲染需求下，提供了三種不同的渲染管線模版：

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

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

● 延遲渲染管線（Lightweight Render Pipeline，LWRP）

其中，HDRP是適用於高端圖形、高逼真度渲染的渲染管線，而URP則是適用於多平台、輕量級遊戲渲染的渲染管線，LWRP則適用於移動平台等資源受限環境。

二、SRP實現方式

Unity SRP是一個可編程渲染管線，其主要是通過C#和Shader代碼實現而成。在SRP中，用戶需要對各種過程進行編碼，如通過C#腳本控制相機的裁剪、層級渲染、Culling Mask等方式來控制物體的渲染，通過編寫Shader圖編寫自定義材質和着色器，從而完成自定義渲染流程的搭建。

下面是一個簡單的SRP渲染示例代碼：

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);  // 清除顏色緩衝區
        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
        cmd.Release();

        // 提交
        context.Submit();
    }
}

這是一個簡單的SRP渲染管線的示例代碼，其中包括了對裁剪、渲染、提交等過程的控制，同時利用了C#編程語言來編寫控制邏輯。

三、HDRP特性

Unity HDRP是適用於高端圖形、高逼真度渲染的渲染管線，對比傳統渲染管線，HDRP提供了多項特性：

● 物理渲染

HDRP提供了physically-based rendering（PBR）技術，這意味着所有材料都可以通過預製和自定義Shader，相對準確地模擬現實世界中的光照和材料反射等物理過程。

● 實時光線追蹤

HDRP提供了光線追蹤功能，這允許您更好地模擬自然光線的行為並支持實時光照。

● 後處理

HDRP提供了多種高級後處理特效，例如Bokeh，Bloom等，用於增強圖形效果，使得遊戲畫面效果更加逼真。

下面是一個使用HDRP實現實時光線追蹤功能的代碼示例：

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
        }
    }
}

該代碼實現了一個基於實時光線追蹤的自定義Shader，通過使用物理光線和GPU交互實現了實時渲染效果，從而提高了效率的同時提升了渲染效果。

四、URP特性

Unity URP是適用於多平台、輕量級遊戲的渲染管線，相對於HDRP，它變得更加靈活。URP提供了多項特性：

● 可編程渲染管線

允許用戶根據自己的需求設計的可編程渲染，包括自定義着色器、後處理、屏幕空間特效等。

● 體積光效果

URP支持高質量、高效率的體積光和霧效，通過這些特效可以改善遊戲的外觀和感觀體驗。

● 後處理

URP提供了如波紋、卡通化、變形、擾動等多種特效，可輔助用戶實現個性化的畫面效果。

下面是一個使用URP實現自定義Shader的代碼示例：

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
        }
    }
}

該代碼使用URP實現了一個簡單的自定義Shader，包括了對材質顏色和透明度的控制，以及對貼圖的採樣，實現了與官方渲染管線不同的渲染效果。

五、總結

Unity SRP提供了三種不同的渲染管線模板：高清晰度渲染管線（HDRP）、通用渲染管線（URP）和延遲渲染管線（LWRP），不同類型的遊戲可以選擇適合自己的渲染管線。SRP是一個可編程渲染管線，其主要是通過C#和Shader代碼實現而成，用戶可以通過定製渲染流程、編寫自定義着色器等方式實現自己的渲染要求。SRP也提供了多項特性，如物理渲染、實時光線追蹤、體積光、霧效、多種後處理等，使遊戲畫面效果更加逼真、美觀。