目录

SRP/URP/HDRP之间的关系

SRP是什么&＃xff1f;

URP是什么&＃xff1f;

HDRP是什么&＃xff1f;

2. 为什么诞生SRP&＃xff1f;

3. URP 和 内置渲染管线 性能对比

1. 首先来说说光照处理部分

2. 接下来看看SRP Batcher&＃xff08;重点&＃xff09;

SRP Batcher 是什么&＃xff1f;

SRP Batcher是怎么优化的&＃xff1f;

内置渲染管线和URP的CPU原理图对比&＃xff1a;

SRP Batcher 兼容性

3. URP的增加功能

1.渲染管线扩展/自定义渲染器&＃xff08;待补充&＃xff09;

1. 第一人称对象

2. 卡通描边

3. 对象遮挡

4. 模糊清晰混合

2. 摄像机堆叠&＃xff08;待更新&＃xff09;

URP源码解析&＃xff08;待更新&＃xff09;

参考文章&＃xff1a;

额外内容

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SRP/URP/HDRP之间的关系

下图是各个管线的关系图

根据上图所示&＃xff0c;URP是Unity可编程渲染管线(SRP)的一种&＃xff0c;所以了解URP之前需要先了解SRP是什么。(在文章最下面&＃xff0c;额外内容里附了张渲染管线流程图)

SRP是什么&＃xff1f;

SRP全称为Scriptable Render Pipeline&＃xff08;可编程渲染管线/脚本化渲染管线&＃xff09;&＃xff0c;是Unity提供的新渲染系统&＃xff0c;可以在Unity通过C#脚本调用一系列API配置和执行渲染命令的方式来实现渲染流程&＃xff0c;SRP将这些命令传递给Unity底层图形体系结构&＃xff0c;然后再将指令发送给图形API。

说白了就是我们可以用SRP的API来创建自定义的渲染管线&＃xff0c;可用来调整渲染流程或修改或增加功能。

它主要把渲染管线拆分成二层&＃xff1a;

• 一层是比较底层的渲染API层&＃xff0c;像OpenGL&＃xff0c;D3D等相关的都封装起来。

• 另一层是渲染管线上层&＃xff0c;上层代码使用C#来编写。在C#这层不需要关注底层在不同平台上渲染API的差别&＃xff0c;也不需要关注具体如何做一个Draw Call

URP是什么&＃xff1f;

它的全称为Universal Render Pipeline(通用渲染管线), 它是Unity官方基于SRP提供的模板&＃xff0c;它的前身是LWRP(Lightweight RP即轻量级渲染管线), 在2019.3开始改名为URP&＃xff0c;它涵盖了范围广泛的不同平台&＃xff0c;是针对跨平台开发而构建的&＃xff0c;性能比内置管线要好&＃xff0c;另外可以进行自定义&＃xff0c;实现不同风格的渲染&＃xff0c;通用渲染管线未来将成为在Unity中进行渲染的基础 。

平台范围&＃xff1a;可以在Unity当前支持的任何平台上使用

 

HDRP是什么&＃xff1f;

它的全称为High Definition Render Pipeline&＃xff08;高清晰度渲染管线&＃xff09;&＃xff0c;它也是Unity官方基于SRP提供的模板&＃xff0c;它更多是针对高端设备&＃xff0c;如游戏主机和高端台式机&＃xff0c;它更关注于真实感图形和渲染&＃xff0c;该管线仅于以下平台兼容&＃xff1a;

• Windows和Windows Store&＃xff0c;带有DirectX 11或DirectX 12和Shader Model 5.0
• 现代游戏机&＃xff08;Sony PS4和Microsoft Xbox One&＃xff09;
• 使用金属图形的MacOS&＃xff08;最低版本10.13&＃xff09;
• 具有Vulkan的Linux和Windows平台

在此文章对HDRP不过多描述。

 

2. 为什么诞生SRP&＃xff1f;

内置渲染管线的缺陷

• 定制性差&＃xff1a;过去&＃xff0c;Unity有一套内置渲染管线&＃xff0c;渲染管线全部写在引擎的源码里。大家基本上不能改动&＃xff0c;除非是买了Unity源码客户&＃xff0c;当然大部分开发者是不会去改源码&＃xff0c;所以过去的管线对开发者来说&＃xff0c;很难进行定制。
• 代码脓肿&＃xff0c;效果效率无法做到最佳&＃xff1a;内置渲染管线在一个渲染管线里面支持所有的二十多个平台&＃xff0c;包括非常高端的PC平台&＃xff0c;也包括非常低端的平台&＃xff0c;很老的手机也要支持&＃xff0c;所以代码越来越浓肿&＃xff0c;很难做到使效率和效果做到最佳。

目的&＃xff1a;

• 为了解决仅有一个默认渲染管线&＃xff0c;造成的可配置型、可发现性、灵活性等问题。决定在C&＃43;&＃43;端保留一个非常小的渲染内核&＃xff0c;让C#端可以通过API暴露出更多的选择性&＃xff0c;也就是说&＃xff0c;Unity会提供一系列的C# API以及内置渲染管线的C#实现&＃xff1b;这样一来&＃xff0c;一方面可以保证C&＃43;&＃43;端的代码都能严格通过各种白盒测试&＃xff0c;另一方面C#端代码就可以在实际项目中调整。

 

在看URP 和 内置渲染管线 性能对比之前最好先了解DrawCall&＃xff0c;Batches&＃xff0c;SetPassCalls分别是什么值。

DrawCall&＃xff0c;Batches&＃xff0c;SetPass calls文章&＃xff1a;https://blog.csdn.net/qq_30259857/article/details/110062397

 

3. URP 和 内置渲染管线 性能对比

主要提速的有两个方面

1. 光照处理&＃xff08;包括阴影&＃xff09;

2. SRP Bacher (SRP 批处理)&＃xff08;重点&＃xff09;

其他可以看看官网图&＃xff0c;下面是官网的对比表链接和图。

https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.render-pipelines.universal&＃64;8.2/manual/universalrp-builtin-feature-comparison.html

 

1. 首先来说说光照处理部分

如上图所示&＃xff0c;老的渲染管线使用Multi-Pass的Forward Rendering&＃xff0c;就是多Pass的正向渲染。最大的问题是如果要在场景里要加很多动态光的话&＃xff0c;每一个动态光都有可能会增加一个Pass&＃xff0c;这个动态光所影响的物体要多画一遍。

这就导致如果游戏里想要有多个动态光的话&＃xff0c;可能这个场景会被画很多遍&＃xff0c;性能会很差。它带来的问题是所有的游戏几乎都不会用多个动态光&＃xff0c;因为实在太费性能了。

在过去制作移动的游戏的过程中&＃xff0c;大家的标准做法都是烘焙Lightmap。

现在URP就解决了这个问题。实现了一个单PASS的正向渲染。可以支持多盏动态光&＃xff0c;但是全部动态灯光都会放在一个Pass里渲染&＃xff0c;这样带来的问题是要限制灯光的数量&＃xff0c;因为每次Draw Call去画的时候&＃xff0c;传给GPU的参数是有限的。

如果灯光数量特别多&＃xff0c;参数太多&＃xff0c;那就会无法在一次Draw Call里完成很多个灯光。所以我们有一些限制&＃xff0c;在轻量级渲染管线LWRP里&＃xff0c;目前是支持1盏平行光&＃xff0c;每个对象可能只能接受4个动态光。每个摄像机也有一些限制&＃xff0c;这是为了我们可以把所有的计算放在一个Pass里面。

接下来看看内置渲染管线和URP各种情况下的光照处理实验对比

以下是分别在四种情况下对比所得出的结论

1. 无光源。 &＃xff08;没区别&＃xff09;
2. 一个平行光&＃xff0c;无阴影。&＃xff08;没区别&＃xff09;
3. 一个平行光&＃xff0c;一个点光源&＃xff0c;无阴影。
   结论&＃xff1a;内置渲染管线跟只有一个平行光时比起来Batches将近增加了一倍&＃xff0c;而URP的Batches和SetPass calls跟一个平行光时一样&＃xff0c;一点都没有增加。
4. 一个动态光&＃xff0c;有阴影。
   结论&＃xff1a;在阴影的处理方面URP性能比内置渲染管线好很多。
    

URP光照处理最终结论&＃xff1a;

1. 性能上阴影处理方面比内置渲染管线好很多。

2. URP平行光基础上添加动态光没有带来额外的Batches和SetPass calls性能开销。

下面有图有真相

1. 无光源情况下的对比

内置渲染管线&＃xff1a;

URP&＃xff1a;

结论&＃xff1a;Batches&＃xff0c;SetPass Calls 基本是一样的&＃xff0c;没区别。

2. 一个平行光&＃xff0c;无阴影下的对比

内置渲染管线&＃xff1a;

URP&＃xff1a;

结论&＃xff1a;Batches&＃xff0c;SetPass Calls 基本是一样的&＃xff0c;没区别。

3. 一个平行光&＃xff0c;一个点光源&＃xff0c;无阴影下的对比

内置渲染管线&＃xff1a;

URP&＃xff1a;

结论&＃xff1a;可以发现内置渲染管线的Batches将近增加了一倍&＃xff0c;而URP的Batches和SetPass calls跟一个平行光时一样&＃xff0c;一点都没有增加。

4. 一个平行光&＃xff0c;有阴影下的对比

内置渲染管线&＃xff1a;

URP&＃xff1a;

结论&＃xff1a;内置渲染管线处理阴影面数增加了45k&＃xff0c;Batches增加了759&＃xff0c;URP面数增加了11K&＃xff0c;Batches增加了188。处理阴影性能上URP好很多。

2. 接下来看看SRP Batcher&＃xff08;重点&＃xff09;

SRP Batcher 是什么&＃xff1f;

官网解释&＃xff1a;SRP Batcher 是一个底层渲染循环&＃xff0c;可通过许多使用同一着色器变体的材质来加快场景中的 CPU 渲染速度。

个人解释&＃xff1a;可以把它理解为渲染状态批处理就可以&＃xff0c;它的主要目的是减少渲染状态设置的开销&＃xff0c;也就是把使用同一着色器变体材质的物体批处理成一个渲染状态&＃xff0c;还有就是把物体属性用专用代码快速更新。

上面解释都提到了变体&＃xff0c;那么变体怎么理解呢&＃xff1f;

看官网描述没太看懂&＃xff0c;所以亲自试验了一下&＃xff0c;一个SRP Batch 属于一个变体材质&＃xff0c;因为SRP Batcher把一个变体材质的物体批处理成一快了。

根据大概试验首先是不同Shader就是不同的变体&＃xff0c;如果一样的Shader但图中的参数不一样&＃xff0c;也会产生变体&＃xff0c;假设有两个物体&＃xff0c;用的Shader都是"Lit"&＃xff0c;第一个物体的SurfaceType属性为 Opaque, 而第二个物体SurfaceType设置为Transparent时&＃xff0c;就有两个变体材质。如果图中的参数一样那就是一个变体材质&＃xff0c;SRP Batch就是根据变体材质来批处理成一个SRP Batch。

主要参考来自以下文章&＃xff1a;

https://docs.unity.cn/cn/2019.3/Manual/SRPBatcher.html

 https://connect.unity.com/p/srp-batcher-jia-su-xuan-ran

过去&＃xff0c;Unity 中&＃xff0c;可以在一帧内的任何时间修改任何材质的属性。但是&＃xff0c;这种做法有一些缺点。当Draw Calls使用新材质时&＃xff0c;需要进行很多处理。场景内的材质越多&＃xff0c;设置GPU数据所需的CPU资源就越多。解决此问题的传统方法是减少 DrawCall 的数量以优化 CPU 渲染成本&＃xff0c;因为 Unity 在发出 DrawCall 之前必须进行很多设置。实际的 CPU 成本来自该设置&＃xff0c;而不是来自 GPU DrawCall 本身&＃xff08;DrawCall 只是 Unity 需要推送到 GPU 命令缓冲区的少量字节&＃xff09;。

这是官网说的提速效果&＃xff1a;

Unity 2018引入了可编程渲染管线SRP&＃xff0c;其中包含新的底层渲染循环SRP Batcher批处理器&＃xff0c;它可以大幅提高CPU在渲染时的处理速度&＃xff0c;根据场景内容的不同&＃xff0c;提升效果为原来的1.2&＃xff5e;4倍不等。

SRP Batcher是怎么优化的&＃xff1f;

SRP Batcher使材质数据持久保留在 GPU 内存中。如果材质内容不变&＃xff0c;SRP Batcher 不需要设置缓冲区并将缓冲区上传到 GPU。还有 SRP Batcher 会使用专用的代码路径来快速更新大型 GPU 缓冲区中的 Unity 引擎属性&＃xff0c;如下图。

上面的功能能解决什么问题呢&＃xff1f;也就是CPU不需要再设置渲染状态和一大堆渲染数据设置&＃xff0c;只需要物体跟缓冲区的数据绑定就可以了。

SRP Batcher 正是通过批处理一系列 Bind 和 Draw GPU 命令来减少 DrawCall 之间的 GPU 设置。

内置渲染管线和URP的CPU原理图对比&＃xff1a;

内置渲染管线&＃xff1a;&＃xff08;红框部分就是SRP Batcher优化的性能部分&＃xff09;

 

URP&＃xff1a;

在把材质数据和物体数据上传好后的流程图&＃xff1a;&＃xff08;GPU没有详细画&＃xff0c;主要看CPU&＃xff09;

 

上面流程图中绑定的意思是大家都知道Shader里有很多变量&＃xff0c;如纹理贴图&＃xff0c;Property定义的变量以及内置变量等&＃xff0c;个人理解是把缓冲区里存的渲染数据设置给了Shader变量。

 

再看看OpenGL API调用情况

内置渲染管线

URP

可以发现内置渲染管线有 glUniform4fv API&＃xff0c;这是设置一大堆着色器数据的函数&＃xff0c;也是耗时的部分&＃xff0c;而在URP取而代之的是Bind接口&＃xff0c;省去了设置着色器数据的开销。

 

根据上面内容我们可以知道SRP Batcher并没有减少DrawCall&＃xff0c;而是优化了DrawCall之前的设置开销。

 

SRP Batch值我们可以在Frame Debug窗口可以看得到。

Statistics窗口上的SetPass calls值&＃xff0c;其实就是SRP Batch数量 加上 未能批处理的DrawCall数量。

在下图中可以看到SRP Batch批处理了 189个 DrawCalls.

 

SRP Batcher 兼容性

为了使 SRP Batcher 代码路径能够渲染对象&＃xff1a;

• 渲染的对象必须是mesh或者skinned mesh。该对象不能是粒子。
• 着色器必须与 SRP Batcher 兼容。HDRP 和 URP 中的所有光照和无光照着色器均符合此要求&＃xff08;这些着色器的“粒子”版本除外&＃xff09;。

为了使着色器与 SRP Batcher 兼容&＃xff1a;

• 必须在一个名为“UnityPerDraw”的 CBUFFER 中声明所有内置引擎属性。例如&＃xff1a;unity_ObjectToWorld 或 unity_SHAr。
• 必须在一个名为 UnityPerMaterial 的 CBUFFER 中声明所有材质属性。

Property定义的属性也是属于PerMaterial.

 

可以在 Inspector 面板中查看着色器的兼容性状态。

可以在 Inspector 面板中检查特定着色器的兼容性。

 

在看看时间对比

内置渲染管线&＃xff08;未开启任何合批&＃xff09;

内置渲染管线&＃xff08;开启静态批处理&＃xff09;

URP未开启SRP Batcfh

URP环境下&＃xff08;开启SRP Batcher&＃xff09;

 

 

3. URP的增加功能

主要有以下功能

1. 渲染管线扩展/自定义渲染器

2. 摄像机堆叠 &＃xff08;待更新&＃xff09;

3. Shader Graphic&＃xff08;Shader图形编程&＃xff09;&＃xff08;待更新&＃xff09;

 

1.渲染管线扩展/自定义渲染器&＃xff08;待补充&＃xff09;

官网案例Github地址&＃xff1a;https://github.com/Unity-Technologies/UniversalRenderingExamples

以下是官网案例效果&＃xff08;最后一个是自己实现&＃xff09;

1. 第一人称对象

此Demo主要演示的是摄像机堆叠功能&＃xff0c;摄像机堆叠功能下面会单独专门讲。

2. 卡通描边

展示一种创建卡通样式轮廓效果的设置&＃xff0c;示例中有两种方法&＃xff0c;一种是后处理方法&＃xff0c;另一种是船体网格方法。一个示例使用自定义RendererFeature&＃xff0c;并且都使用自定义着色器

此Demo有两个渲染器

我们来看看第二个渲染器

主要的卡通描边效果就是在上图中的 Sobel Outlines (Blit)实现&＃xff0c;

3. 对象遮挡

当一个对象被另一个对象遮挡时&＃xff0c;可以创建效果。

如下图所示&＃xff0c;一个角色被建筑挡住时用指定的材质效果来显示角色被遮挡的部分。

 

以下是自己实现的扩展功能

4. 模糊清晰混合

此效果是在模糊的基础上把某层的物体清晰显示的效果。

 

2. 摄像机堆叠&＃xff08;待更新&＃xff09;

 

 

URP源码解析&＃xff08;待更新&＃xff09;

详解属性&＃xff1a;

渲染器列表

HDR&＃xff08;High Dynamic Range Imaging&＃xff09;&＃xff1a;高动态范围成像&＃xff0c;

Anti Aliasing&＃xff08;MSAA&＃xff09;&＃xff1a;抗锯齿

 

参考文章&＃xff1a;

Unity轻量级渲染管线LWRP源码及案例解析 - 上&＃xff1a;https://connect.unity.com/p/unityqing-liang-ji-xuan-ran-guan-xian-lwrpyuan-ma-ji-an-li-jie-xi-shang

Unity轻量级渲染管线LWRP源码及案例解析 - 下&＃xff1a;https://connect.unity.com/p/unityqing-liang-ji-xuan-ran-guan-xian-lwrpyuan-ma-ji-an-li-jie-xi-xia

SRP Batcher&＃xff1a;加速渲染&＃xff1a;https://connect.unity.com/p/srp-batcher-jia-su-xuan-ran

URP扩展案例 Github地址&＃xff1a; https://github.com/Unity-Technologies/UniversalRenderingExamples

Unite Now - &＃xff08;中文字幕&＃xff09;使用URP提升游戏画面效果&＃xff1a;https://www.bilibili.com/video/BV1fK4y1a78s

关于静态批处理/动态批处理/GPU Instancing /SRP Batcher的详细剖析&＃xff1a;https://zhuanlan.zhihu.com/p/165574008

关于静态批处理/动态批处理/GPU Instancing /SRP Batcher的详细剖析&＃xff1a;https://zhuanlan.zhihu.com/p/98642798

Batch, Draw Call, Setpass Call&＃xff1a;https://zhuanlan.zhihu.com/p/76562300

Unity3D优化技巧系列&＃xff08;一&＃xff09;&＃xff1a;Draw Call优化&＃xff1a;https://gameinstitute.qq.com/community/detail/113025

Unity ConstantBuffer的一些解析和注意&＃xff1a;https://zhuanlan.zhihu.com/p/137455866

 

额外内容

渲染流水线图&＃xff1a;