目前 Unity 提供了多種渲染管道茁影，兩種全局照明系統(tǒng)，四種照明模式阅束，三種燈光模式呼胚，以及兩種 Shadowmask 模式，為開發(fā)者在創(chuàng)建面向高配PC息裸、主機(jī)、移動和XR設(shè)備項(xiàng)目的過程中提供了高度靈活性沪编。但是呼盆，作為 Unity 新手，如果不熟悉渲染的話蚁廓，面對這些選擇不免感到茫然访圃，本文來自 Unity Spotlight Team 的分享，XR技術(shù)研習(xí)社對此進(jìn)行了編譯相嵌。

定義

首先看幾個重要的圖形渲染概念的定義腿时。

渲染管線決定對象如何在場景中呈現(xiàn)出來况脆，分以下三個階段：

第一階段：剔除（Culling）。在此階段列出需要被渲染的對象批糟，優(yōu)先呈現(xiàn)攝像機(jī)可見的范圍格了，以及未被其它物體遮擋的對象。

第二階段：渲染（rendering）徽鼎。 在此階段盛末，根據(jù)光照設(shè)置以及相關(guān)的燈光屬性，將對象繪制到基于像素的緩沖區(qū)中否淤。

第三階段：后處理（post-processing ）悄但。一般在緩沖區(qū)上執(zhí)行操作，比如應(yīng)用 Color Grading石抡、Bloom檐嚣、Depth of Field 等效果，將最終輸出到每一幀啰扛。

著色器（Shader）是在GPU上運(yùn)行的程序或程序集合的統(tǒng)稱净嘀。比如，在剔除階段完成之后侠讯，頂點(diǎn)著色器（vertext shader）將可見對象的頂點(diǎn)坐標(biāo)從對象空間（object space）變換為剪輯空間（clip space）挖藏，GPU使用新坐標(biāo)對場景進(jìn)行光柵化，即將矢量信息轉(zhuǎn)換為實(shí)際像素厢漩。然后膜眠，像素（或片段）著色器將這些像素進(jìn)行著色，像素顏色由材質(zhì)屬性和光照環(huán)境決定溜嗜。另一種常見的著色器類型被稱為計(jì)算著色器（compute shader）宵膨，這種著色器使開發(fā)者能夠利用GPU強(qiáng)大的并行處理能力進(jìn)行任何類型的數(shù)學(xué)運(yùn)算，比如光剔除炸宵、粒子物理辟躏、體積模擬等。

直接照明指的是來自光源（比如燈泡）的照明土全，并非光線從物體表面反射的結(jié)果捎琐。根據(jù)光源的大小及其與被照射物體的距離，這種照明通常會產(chǎn)生清晰且明顯的陰影裹匙。需要注意以下兩點(diǎn)：

不要將直接照明與定向照明（directional lighting）混淆瑞凑，定向照明是由無限遠(yuǎn)的光源（例如Unity中的平行光）發(fā)出的光，定向光的顯著特性是能夠使用平行光線覆蓋整個場景概页，并且沒有距離衰減（或光衰減）籽御，也就是說，隨著到光源距離的增加，物體接收的照明強(qiáng)度不會衰減技掏。

在現(xiàn)實(shí)世界中铃将，太陽光與任何其他光源一樣，光照強(qiáng)度與距離成反比哑梳。例如劲阎，水星上日光的照射強(qiáng)度幾乎是地球的7倍，而火星接收的日光照射是地球的1/2涧衙，而冥王星只有地球的0.06％哪工。然而，鑒于地球上有限的海拔高度弧哎，相較以上的距離雁比，日光在地球上的衰減是微不足道的。因此撤嫩，平行光完全能夠模擬Unity場景中的陽光偎捎，包括大型的，以行星為中心的開放世界序攘。另外茴她，對于其他類型的光源（比如點(diǎn)光源和聚光燈），Unity 在高清渲染管線（HDRP）中能夠提供基于物理的衰減程奠。

間接照明是由光線從物體表面反射然后通過介質(zhì)（比如如大氣或半透明材料）傳播和散射而產(chǎn)生的照明丈牢。在這種情況下，光線通常通過遮擋物形成相對柔和的陰影瞄沙。

全局照明（GI）用于在場景中產(chǎn)生間接照明己沛，主要作為直接照明的功能。 在業(yè)內(nèi)距境，目前實(shí)現(xiàn)全局照明存在幾種技術(shù)申尼，比如光照貼圖(lightmaps)、Irradiance Volumes垫桂、Light Propagation Volumes师幕、光照探頭（light probes）、基于體素的GI和基于距離場的GI等诬滩，它們被廣泛應(yīng)用在像Unity霹粥、UE4、CryEngine碱呼、COD 等引擎中蒙挑，對于Unity來說，使用光照貼圖和光照探頭來實(shí)現(xiàn)愚臀。

光照貼圖技術(shù)通過發(fā)射光線計(jì)算光線反射，然后將生成的光照效果應(yīng)用到紋理中，以此來生成光照貼圖和光照探頭的數(shù)據(jù)姑裂。因此馋袜，使用不同的光照貼圖技術(shù)會呈現(xiàn)不同的照明效果。目前舶斧，Unity 使用兩種光照貼圖技術(shù)：Enlighten 和 Progressive Lightmapper欣鳖。

概述

以下流程圖從內(nèi)容創(chuàng)作者的角度展示了在Unity中設(shè)置照明的過程。

在整個流程中茴厉，首先需要選擇渲染管線泽台，然后決定如何生成間接照明并選擇相應(yīng)的全局照明系統(tǒng)。在確保所有全局照明設(shè)置都對項(xiàng)目進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整后矾缓，可以繼續(xù)在場景中添加燈光怀酷、自發(fā)光表面、反射探頭嗜闻，光照探頭以及Light Probe Proxy Volumes (LPPVs)蜕依。詳細(xì)介紹所有這些照明對象的用法和功能超出了本文的討論范圍，因此建議讀者閱讀Unity手冊中關(guān)于光照部分的相關(guān)介紹琉雳，以了解如何在項(xiàng)目中正確使用它們样眠。

渲染管線

在 Unity 2018 之前，只有一種渲染管線翠肘，現(xiàn)在稱之為“內(nèi)置渲染管線（Built-In Render Pipeline）”檐束，該管線提供前向（forward）和延遲（deferred）兩種渲染模式供用戶選擇。

? ? ? ? ?1.在（多通道）前向渲染模式中束倍，場景中的所有對象按照一個統(tǒng)一的順序逐個渲染被丧，在多通道渲染過程中，當(dāng)多個光源照亮對象時肌幽，渲染成本會顯著增加晚碾，具體取決于影響每個對象的光源數(shù)量。這種類型的渲染器通常提供多種著色器喂急，并且能夠輕松處理透明度格嘁。

? ? ? ? ?2.在延遲渲染模式下，所有（包括不透明）幾何體首先渲染到存儲有關(guān)其材質(zhì)信息（顏色廊移、反射糕簿、平滑度等）的緩沖區(qū)中。稍后（在此體現(xiàn)延遲）狡孔，每個像素被順序著色懂诗，同時，渲染時間主要取決于影響每個像素的光源數(shù)量苗膝。透明對象和具有復(fù)雜著色器的對象仍需要額外的前向渲染通道進(jìn)行渲染殃恒。在處理包含很多動態(tài)燈光的場景時，建議使用延遲渲染，例如人工照明的室內(nèi)場景离唐，或需要室內(nèi)外組合照明的項(xiàng)目病附。

????在2018年1月，Unity 推出了 Scriptable Render Pipeline（SRP）亥鬓，允許開發(fā)者通過C＃腳本自定義渲染流程完沪。這實(shí)際上是游戲引擎領(lǐng)域的一次變革——用戶能夠自由控制對象的剔除、繪制和后處理嵌戈，而無需使用像C ++這樣的底層編程語言覆积。

Unity提供了兩種SRP，目前為預(yù)覽版熟呛，其設(shè)計(jì)充分考慮了硬件規(guī)格及性能：

高清渲染管線（以下簡稱 HDRP）是一個綜合了Deferred/Forward宽档、Tile/Cluster 渲染方式的渲染器，提供高級渲染和著色功能惰拱，適用于需要展示高品質(zhì)視覺效果的PC和主機(jī)項(xiàng)目雌贱。Tile渲染和Cluster渲染如下圖所示：

其中，一個 Tile 代表幀中一小塊二維正方形區(qū)域中的像素偿短，一個 Cluster 代表攝像機(jī)兩個截平面之間的三維空間欣孤。Tile 和 Cluster 渲染技術(shù)均依賴于影響每個Tile或Cluster的燈光，然后在一個通道中中根據(jù)與其相關(guān)燈光來計(jì)算照明昔逗。不透明對象最有可能使用Tile系統(tǒng)進(jìn)行著色降传，而透明對象則依靠Cluster系統(tǒng)。與內(nèi)置渲染管道（延遲模式）相比勾怒，HDRP 的主要優(yōu)勢是更快的照明處理和更低的帶寬使用婆排。

輕量級渲染管線（LWRP）是一種快速單通道前向渲染器，適用于具有較低實(shí)時照明要求的設(shè)備笔链，例如智能手機(jī)段只、平板電腦和VR/AR設(shè)備。在該渲染管線中鉴扫，會對燈光進(jìn)行逐對象剔除赞枕，并在一個通道中進(jìn)行光照計(jì)算。與內(nèi)置渲染管線相比坪创，該管線能夠減少繪制調(diào)用的次數(shù)炕婶。

通過使用以下決策樹，讀者可以使用幾個關(guān)鍵條件判斷決定使用何種渲染管線莱预。

模板

可以通過 Unity 的 Package Manager (Window > Package Manager) 下載最新版本的 HDRP 和 LWRP應(yīng)用到項(xiàng)目中柠掂。在項(xiàng)目中應(yīng)用某個 SRP 比較快捷的方式是，在使用Unity Hub創(chuàng)建一個新項(xiàng)目時依沮，選擇相應(yīng)的模板（Template）涯贞，如下圖所示枪狂。

手動設(shè)置

如果要手動設(shè)置HDRP或LWRP項(xiàng)目，請確保已安裝所需的 package肩狂。以使用HDRP為例摘完，可通過 Create > Rendering > High Definition Render Pipeline Asset 命令在 Project 面板中新建對應(yīng)的資源姥饰，然后將此資源拖到 Graphics Settings 面板的 Scriptable Render Pipeline Settings 屬性中傻谁，如果此處不指定任何資源，Unity 將默認(rèn)使用內(nèi)置渲染管線列粪。如果使用 HDRP审磁，需要確保在 Player Settings 中選擇了線性（linear）色彩空間，并使用 Rendering > Scene Settings 命令在場景中添加一個場景設(shè)置游戲?qū)ο蟆?/p>

可擴(kuò)展性

對于理解渲染技術(shù)并熟悉C#的開發(fā)者岂座，如果需要為項(xiàng)目完全定制渲染器态蒂，建議嘗試使用SRP的相關(guān)概念創(chuàng)建自己的渲染管線。鑒于LWRP擁有較小的著色器庫且易于注入费什、移除钾恢、切換渲染通道，使得LWRP具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性鸳址。

兼容性

在Unity中將項(xiàng)目中的材質(zhì)從內(nèi)置渲染管線切換到HDRP或LWRP比較容易瘩蚪，使用 Edit > Render Pipeline > Upgrade xxx 相關(guān)命令即可完成，如下圖所示稿黍。需要注意的是疹瘦，此操作不可逆种吸，建議事先做好項(xiàng)目備份米奸。

盡管如此乙埃，自定義著色器需要進(jìn)行手動移植巷查，此過程相對比較耗時艺糜，具體取決于自定義著色器的數(shù)量羔杨。由于LWRP 和 HDRP 在物理表現(xiàn)上比內(nèi)置渲染管道更加準(zhǔn)確磨德，尤其是在光衰減和分布方面屯援，所以切換前后的項(xiàng)目看上去會有一些不同矿筝。此外起便，HDRP和LWRP之間互不兼容，因?yàn)樗鼈儧]有相同的渲染特性跋涣，兩者可以相互轉(zhuǎn)換缨睡，但不是一鍵操作，需要手動重新設(shè)置照明陈辱、材質(zhì)和著色器奖年。

最后需要說明的是，HDRP和LWRP目前仍處于預(yù)覽中沛贪，并非所有功能都已針對兩種管線實(shí)現(xiàn)陋守。比如震贵，某些照明模式尚未完全適用于LWRP，并且HDRP目前尚不支持VR/AR水评，但是在未來版本中將逐步實(shí)現(xiàn)猩系。

全局光照系統(tǒng)

Unity 提供兩種全局照明系統(tǒng)，可在 Window > Rendering > Lighting Settings 中啟用它們中燥。

實(shí)時全局光照（以下簡稱實(shí)時GI）：該系統(tǒng)完全依賴于第三方照明中間件Enlighten寇甸。在Unity的預(yù)計(jì)算過程中，Enlighten先后經(jīng)過兩個階段疗涉，包括：集群化和光傳輸拿霉。第一階段將場景分解簡化為以“集群”為單位進(jìn)行組織的集合，在第二階段計(jì)算集群與集群之間的可見性咱扣。預(yù)計(jì)算后的數(shù)據(jù)在運(yùn)行時用于交互性地生成場景的間接照明绽淘。 Enlighten的優(yōu)勢在于能夠?qū)崟r改變間接照明效果，因?yàn)轭A(yù)計(jì)算的數(shù)據(jù)依賴于集群之間的關(guān)系闹伪。但是沪铭，與其他光照貼圖技術(shù)一樣，改變場景中的靜態(tài)幾何體將觸發(fā)新的預(yù)計(jì)算偏瓤。

烘焙全局光照（以下簡稱烘焙GI）: 照明信息被烘焙到光照貼圖和光照探頭中杀怠，Baked GI 系統(tǒng)可以使用以下兩種技術(shù)之一：

1.Progressive Lightmapper

2.Enlighten

????????Progressive Lightmapper 優(yōu)先計(jì)算對于攝像機(jī)可見物體的照明，并大大提高的照明計(jì)算速度硼补，但代價是增加整個場景的總體烘焙時間驮肉。 該技術(shù)使用CPU通過路徑追蹤算法計(jì)算間接照明∫押В基于GPU加速的 Progressive Lightmapper 能夠大幅縮短場景的烘焙時間离钝，目前正在處在研發(fā)中，在 Unity 2018.3.05b 中集成了該技術(shù)測試版褪储。由于Enlighten 和Progressive Lightmapper 使用了不同的技術(shù)計(jì)算光照卵渴，所以兩者產(chǎn)生的光照效果會有不同。

下圖列出了各全局光照系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)鲤竹，可根據(jù)決策樹選擇項(xiàng)目需要使用的全局光照系統(tǒng)浪读。

靜態(tài) VS. 動態(tài)

無論您使用哪種全局照明系統(tǒng)，Unity 都只會考慮標(biāo)記為“Lightmap Static”的游戲?qū)ο笮猎濉討B(tài)游戲?qū)ο笮枰柚鷪鼍爸蟹胖玫墓庹仗筋^來接收間接照明碘橘。

由于全局光照計(jì)算是一個相對緩慢的過程，因此只有具有明顯光照變化的大型復(fù)雜資源才需要應(yīng)標(biāo)記為“Lightmap Static”吱肌。接收均勻光照的較小網(wǎng)格可保持為動態(tài)設(shè)置痘拆，然后通過使用 Light Probes 為其提供近似效果的間接照明效果。較大的動態(tài)游戲?qū)ο罂梢允褂?Light Probe Proxy Volume（LPPV）氮墨，以便在局部接收更好的間接照明纺蛆。限制場景中靜態(tài)游戲?qū)ο蟮臄?shù)量對于提高烘焙時間同時保持足夠照明品質(zhì)至關(guān)重要吐葵。

警告

在Unity中可以同時使用烘焙和實(shí)時GI技術(shù)，但是桥氏，必須注意温峭，同時使用會大大增加烘焙時間和程序運(yùn)行時的內(nèi)存消耗，因?yàn)檫@兩個系統(tǒng)不使用相同的數(shù)據(jù)字支。此外凤藏，間接照明在運(yùn)行時的交互式更新將給CPU帶來額外的壓力，并且在視覺上祥款，烘焙和實(shí)時GI提供的間接照明效果會有差異清笨，因?yàn)樗鼈兪褂昧瞬煌募夹g(shù)來模擬間接照明，并且通常在完全不同的分辨率下執(zhí)行刃跛。若同時使用這兩種技術(shù)，建議將使用范圍限制在高端平臺或具有可預(yù)測性能成本且嚴(yán)格把控場景的項(xiàng)目中苛萎，同時桨昙，建議由對所有照明設(shè)置有很好理解的團(tuán)隊(duì)成員負(fù)責(zé)，因?yàn)楣芾磉@兩個系統(tǒng)相對復(fù)雜腌歉。

因此蛙酪，對于大多數(shù)項(xiàng)目而言，盡量避免同時使用兩種GI技術(shù)翘盖，選擇其一是相對比較穩(wěn)妥的做法桂塞。

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作者：XR技術(shù)研習(xí)社

原文：https://blog.csdn.net/sovida/article/details/84351391