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初识Unity SRP

Unity SRP 即 Unity Scriptable Rendering Pipeline(可编程渲染管线)，是Unity 2018的新功能，使开发者可以通过脚本按需构建自己的渲染过程。在学习和参考：

吉祥的游戏编程笔记

中关于Unity SRP的相关内容后，这里做一个简单的学习记录，如有错误之处，希望可以多多交流。

SRP中的内容可以用一张图说明： 

初识Unity SRP

SRP的创建过程分为3个部分：

  • Custom Render Pipeline
  • Custom Render Pipeline Asset
  • Shader

Custom Render Pipeline

该部分是自定义渲染管线的起点，也是核心部分，继承自RenderPipeline类。在该类中的Render()方法中，定义自己的渲染流程中的规则及进行参数设置。一般来说，渲染的过程是将摄像机视野中3D或2D的场景对象进过一系列的处理最后转换成一张2D的图片输出到屏幕上。因此在Render()方法中，处理起点是从编辑场景里的每一个输出相机开始，经过如下过程：

  • 设置渲染目标
  • 绘制天空盒
  • 执行裁剪过程
  • 执行过滤过程
  • 绘制场景准备
  • 执行管线

在这一系列的过程中，需要将相关的指令和设置提交，通过 CommandBuffer和ScriptableRenderContext对象实现。 CommandBuffer对象作为指令缓存集，记录部分指令然后集中提交。ScriptableRenderContext对象可以理解成渲染过程中的一个管理器，CommandBuffer对象的指令提交需要通过ScriptableRenderContext对象完成，同时ScriptableRenderContext对象还可以管理如天空球的绘制、下达执行管线渲染等操作。

Custom Render Pipeline 完整代码：

using UnityEngine;
using UnityEngine.Experimental.Rendering;
using UnityEngine.Rendering;


namespace Kata03 {
public class CustomRenderPipeline : RenderPipeline
{
    CommandBuffer _cb;

    //该函数在管线销毁时调用
    public override void Dispose()
    {
        base.Dispose();
        if (_cb != null) {
            _cb.Clear();
            _cb = null;
        }
    }

    //该函数在管线渲染时调用
    public override void Render(ScriptableRenderContext renderContext, Camera[] cameras)
    {
        base.Render(renderContext, cameras);

        if (_cb == null) {
            _cb = new CommandBuffer();
        }

        //设置Shader中要使用的光源变量名
        var _LightDir = Shader.PropertyToID("_LightDir");
        var _LightColor = Shader.PropertyToID("_LightColor");
        var _CameraPos = Shader.PropertyToID("_CameraPos");

        //对于每个相机执行的操作
        foreach (var camera in cameras)
        {
            //设置渲染上下文相机属性
            renderContext.SetupCameraProperties(camera);

            _cb.name = "Setup";
            //显式设置渲染目标为相机BackBuffer(如果相机没有指定渲染纹理，则直接绘制到屏幕)
            _cb.SetRenderTarget(BuiltinRenderTextureType.CameraTarget);
            //设置渲染目标颜色为相机背景色
            _cb.ClearRenderTarget(true, true, camera.backgroundColor);

            //设置相机的着色器全局变量
            Vector4 CameraPosition = new Vector4(camera.transform.localPosition.x, camera.transform.localPosition.y, camera.transform.localPosition.z, 1.0f);
            _cb.SetGlobalVector(_CameraPos, camera.transform.localToWorldMatrix * CameraPosition);
            renderContext.ExecuteCommandBuffer(_cb);
            _cb.Clear();

            //天空盒绘制
            renderContext.DrawSkybox(camera);

            //执行裁剪
            var culled = new CullResults();
            CullResults.Cull(camera, renderContext, out culled);

            /*
             裁剪结果包括：
                可见的物体列表:visibleRenderers
                可见灯光列表:visibleLights
                可见反射探针(CubeMap):visibleReflectionProbes
             裁剪结果并未排序
             */

            //获取所有灯光
            var lights = culled.visibleLights;
            _cb.name = "RenderLights";
            foreach (var light in lights)
            {
                //挑选出平行光处理
                if (light.lightType != LightType.Directional) continue;
                //获取光源方向
                Vector4 pos = light.localToWorld.GetColumn(0);
                Vector4 lightDir = new Vector4(pos.x,pos.y,pos.z,0);
                //获取光源颜色
                Color lightColor = light.finalColor;
                //构建shader常量缓存
                _cb.SetGlobalVector(_LightDir,lightDir);
                _cb.SetGlobalColor(_LightColor,lightColor);
                renderContext.ExecuteCommandBuffer(_cb);
                _cb.Clear();

                var rs = new FilterRenderersSettings(true);
                //只渲染固体范围
                rs.renderQueueRange = RenderQueueRange.opaque;
                //包括所有层
                rs.layerMask = ~0;

                //渲染设置，使用Shader中LightMode为"BaseLit"的Pass
                var ds = new DrawRendererSettings(camera,new ShaderPassName("BaseLit"));
                //物体绘制
                renderContext.DrawRenderers(culled.visibleRenderers,ref ds,rs);

                break;
            }

            //开始执行管线
            renderContext.Submit();
        }
    }
  }
}

Custom Render Pipeline Asset

Custom Render Pipeline Asset 继承自 Render Pipeline Asset，用来在项目中生成自定义渲染管线资源，主要实现 IRenderPipelineAsset接口方法， InternalCreatePipeline()，生成自定义的 Custom RenderPipeline 对象，完整代码：

using UnityEngine.Experimental.Rendering;

#if UNITY_EDITOR
using UnityEditor;
using UnityEditor.ProjectWindowCallback;
#endif

namespace Kata03 {

public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset
{
#if UNITY_EDITOR
    [MenuItem("Assets/Create/Render Pipeline/Kata03/Pipeline Asset")]
    static void CreateKata03Pipeline() {
        ProjectWindowUtil.StartNameEditingIfProjectWindowExists(0,CreateInstance<CreateKata03PipelineAsset>(),"Kata03 Pipeline.asset",null,null);
    }
    class CreateKata03PipelineAsset : EndNameEditAction
    {
        public override void Action(int instanceId, string pathName, string resourceFile)
        {
            var instance = CreateInstance<CustomRenderPipelineAsset>();
            AssetDatabase.CreateAsset(instance,pathName);
        }
    }

#endif

    protected override IRenderPipeline InternalCreatePipeline()
    {
        return new CustomRenderPipeline();
    }
  }
}

有了 Custom Render Pipeline Asset 后，在Projects中通过 Create->RdnerPipeline->Kata03->Pipeline 即可创建对应的自定义渲染管线资源，然后替换原有的管线，在Edit->Project->Settings->Graphics中的Scriptable Render PipelineLine Settings中完成替换。

Shader

Shader是配合当前的自定义管线，完成场景内的物体着色，这和之前使用Unity内置管线没有区别。只是这里有一点需要注意的是：

在CustomRenderPipeline的渲染设置中，

var ds = new DrawRendererSettings(camera,new ShaderPassName("BaseLit"));

这里在构建ShaderPassName对象时，传递的参数为使用的Shader的Pass中"LightMode"对应的名称，因为在自定义渲染管线中，场景内物体光照着色的区分是通过Shader内的Pass里的"LightMode"进行的。包含光照计算的Shader代码：

Shader "Custom/BaseDirLit"
{
Properties
{
	_Color("Tint", Color) = (0.5,0.5,0.5,1)
	_DiffuseFactor("Diffuse Factor", Range(0,1)) = 1
	_SpecularColor("Specular Color",Color)=(1,1,1,1)
	_SpecularFactor("Specular Factor", Range(0,1)) = 1
	_SpecularPower("Specular Power",Float) = 100
}

HLSLINCLUDE

#include "UnityCG.cginc"
#define PI 3.14159265359

uniform float4 _LightDir;
uniform float4 _LightColor;
uniform float4 _CameraPos;
uniform float4 _Color;
uniform float _DiffuseFactor;
uniform float _SpecularFactor;
uniform float _SpecularColor;
uniform float _SpecularPower;

struct a2v
{
	float4 vertex : POSITION;
	float4 normal : NORMAL;
};

struct v2f
{
	float4 pos : SV_POSITION;
	float4 normalWorld : TEXCOORD1;
	float4 worldPos : TEXCOORD2;
};

v2f vert(a2v v)
{
	v2f o;
	UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(v2f,o);
	o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
	o.normalWorld = float4(normalize(mul(normalize(v.normal.xyz), (float3x3)unity_WorldToObject)),v.normal.w);
	o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
	return o;
}

half4 frag(v2f i) : SV_Target
{
	fixed4 diffuse=_DiffuseFactor*max(0.0,dot(_LightDir.xyz,normalize(i.normalWorld.xyz)))*_Color*_LightColor;
	fixed3 viewDir=normalize(_CameraPos.xyz-i.worldPos.xyz);
	fixed3 halfDir=normalize(_LightDir.xyz+viewDir);
	fixed4 specular= _LightColor*_SpecularFactor*pow(max(0,dot(normalize(i.normalWorld.xyz),halfDir)),_SpecularPower)*max(0,saturate(dot(normalize(i.normalWorld.xyz),_LightDir.xyz)))*(_SpecularPower+8)/(8+PI);
	return diffuse+specular;
}

ENDHLSL

SubShader
{
	Tags{ "Queue" = "Geometry" }
	LOD 100
	Pass
	{
		Tags {"LightMode" = "BaseLit"}

		HLSLPROGRAM
		#pragma vertex vert
		#pragma fragment frag

		ENDHLSL
	}
  }
}

在场景中使用该Shader的材质，得到的对应效果：

初识Unity SRP
学习笔记 UnityShader Unity SRP 可编程渲染管线
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