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内置管线Shader升级到URP详细手册

内置管线Shader升级到URP详细手册

作者: 洪智 | 来源:发表于2021-03-03 21:28 被阅读0次

    本文基于Unity2020.2，URP10，更新于20210303

    本文初版内容翻译自：https://teodutra.com/unity/shaders/urp/graphics/2020/05/18/From-Built-in-to-URP/

    译者：大智
    后续补充：大智

    内置管线Shader升级到URP详细手册

    总体结构

    1、在SubShader的Tags中添加"RenderPipeline" = "UniversalPipeline"
    2、所有URP着色器都是HLSL编写的，使用宏HLSL包含的shader代码
    3、使用HLSLINCLUDE替代CGINCLUDE

    内置管线 URP
    CGPROGRAM HLSLPROGRAM HLSL程序
    ENDCG ENDHLSL ENDHLSL
    CGINCLUDE HLSLINCLUDE HLSLINCLUDE

    Include文件

    内容 内置管线 URP
    Core UnityCG.cginc Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl
    Light AutoLight.cginc Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl
    Shadow AutoLight.cginc Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl
    表面着色器 Lighting.cginc URP内没有，可以参考项目：在此处

    其他有用的包括：

    灯光模式LightMode

    内置管线 URP
    ForwardBase UniversalForward
    ForwardAdd 移除
    Deferred以及相关 尚未支持
    Vertex及相关 移除
    ShadowCaster ShadowCaster
    MotionVectors 尚未支持

    支持的其他照明模式包括：

    • DepthOnly
    • Meta (for lightmap baking)
    • Universal2D

    变体Variants

    URP支持某些变体，因此，根据你使用的功能，可能需要使用#pragma multi_compile添加一些关键字：

    • _MAIN_LIGHT_SHADOWS
    • _MAIN_LIGHT_SHADOWS_CASCADE
    • _ADDITIONAL_LIGHTS_VERTEX
    • _ADDITIONAL_LIGHTS
    • _ADDITIONAL_LIGHT_SHADOWS
    • _SHADOWS_SOFT
    • _MIXED_LIGHTING_SUBTRACTIVE

    预定义的着色器宏

    辅助宏

    内置管线 URP
    UNITY_PROJ_COORD(a) 移除了，使用a.xy / a.w代替
    UNITY_INITIALIZE_OUTPUT(type，name) ZERO_INITIALIZE(type，name)

    阴影贴图

    必须include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl”

    内置管线 URP
    UNITY_DECLARE_SHADOWMAP（tex） TEXTURE2D_SHADOW_PARAM（textureName，samplerName）
    UNITY_SAMPLE_SHADOW（tex，uv） SAMPLE_TEXTURE2D_SHADOW（textureName，samplerName，coord3）
    UNITY_SAMPLE_SHADOW_PROJ（tex，uv） SAMPLE_TEXTURE2D_SHADOW（textureName，samplerName，coord4.xyz/coord4.w）

    纹理/采样器声明宏

    Unity有很多纹理/采样器宏来改善API之间的交叉兼容性，但是人们并不习惯使用它们。URP中这些宏的名称有所变化。由于数量很多，全部的宏可以在API includes中查看，下面主要列举一些常用的：

    内置管线 URP
    UNITY_DECLARE_TEX2D（name） TEXTURE2D（textureName）; SAMPLER（samplerName）;
    UNITY_DECLARE_TEX2D_NOSAMPLER（name） TEXTURE2D（textureName）;
    UNITY_DECLARE_TEX2DARRAY（name） TEXTURE2D_ARRAY（textureName）; SAMPLER（samplerName）;
    UNITY_SAMPLE_TEX2D（name，uv） SAMPLE_TEXTURE2D（textureName，samplerName，coord2）
    UNITY_SAMPLE_TEX2D_SAMPLER（name，samplername，uv） SAMPLE_TEXTURE2D（textureName，samplerName，coord2）
    UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY（name，uv） SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY（textureName，samplerName，coord2，index）
    UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY_LOD（name，uv，lod） SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY_LOD（textureName，samplerName，coord2，index，lod）

    需要注意SCREENSPACE_TEXTURE变成了TEXTURE2D_X。如果你想要在VR中（Single Pass Instanced 或 Multi-view 模式）制作屏幕效果，你必须使用TEXTURE2D_X定义纹理。这个宏会为你处理正确的纹理声明（是否为数组）。对这个纹理采样的时候必须使用SAMPLE_TEXTURE2D_X，并且对uv使用UnityStereoTransformScreenSpaceTex。

    Shader辅助函数

    下列函数可以在此文件中找到：“Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/SpaceTransforms.hlsl”.

    顶点转换函数

    内置管线 URP
    float4 UnityObjectToClipPos（float3 pos） float4 TransformObjectToHClip（float3 positionOS）
    float3 UnityObjectToViewPos（float3 pos） TransformWorldToView（TransformObjectToWorld（positionOS））

    法线转换函数

    内置管线 URP
    float4 UnityObjectToWorldNormal（float3 pos） float4 TransformObjectToWorldNormal（float3 normalOS）

    通用辅助函数

    内置管线 URP
    float3 UnityWorldSpaceViewDir（float4 v） GetCameraPositionWS() - i.worldPos
    float3 UnityObjectToWorldDir（float4 v） TransformObjectToWorldDir(real3 dirOS)
    float3 ObjSpaceViewDir（float4 v） 移除了，可以使用TransformWorldToObject(GetCameraPositionWS()) - objectSpacePosition ;
    float2 ParallaxOffset（half h，half height，half3 viewDir） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    fixed Luminance（fixed3 c） real Luminance（real3 linearRgb） Include “Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl”
    fixed3 DecodeLightmap（fixed4 color） real3 DecodeLightmap(real4 encodedIlluminance, real4 decodeInstructions) Include “Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/EntityLighting.hlsl” URP中的decodeInstructions是half4(LIGHTMAP_HDR_MULTIPLIER, LIGHTMAP_HDR_EXPONENT, 0.0h, 0.0h)
    float4 EncodeFloatRGBA（float v） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    float DecodeFloatRGBA（float4 enc） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    float2 EncodeFloatRG（float v） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    float DecodeFloatRG（float2 enc） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    float2 EncodeViewNormalStereo（float3 n） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    float3 DecodeViewNormalStereo（float4 enc4） 移除了。可以从UnityCG.cginc复制过来
    TANGENT_SPACE_ROTATION

    前向渲染辅助函数

    内置管线 URP
    float3 UnityWorldSpaceLightDir(float4 v) _MainLightPosition.xyz - TransformObjectToWorld(objectSpacePosition) Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlsl”
    float3 ObjSpaceLightDir(float4 v) TransformWorldToObject(_MainLightPosition.xyz)-objectSpacePosition Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlsl”
    float3 Shade4PointLights(…) 可以使用half3 VertexLighting(float3 positionWS, half3 normalWS) 对于VertexLighting(...) include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”

    屏幕空间辅助函数

    内置管线 URP
    float4 ComputeScreenPos(float4 clipPos) float4 ComputeScreenPos（float4 positionCS） Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/ShaderVariablesFunctions.hlsl”
    float4 ComputeGrabScreenPos(float4 clipPos) 移除了

    顶点照明辅助函数↑

    内置管线 URP
    float3 ShadeVertexLights (float4 vertex, float3 normal) 移除了，可以尝试使用UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz + VertexLighting(...) 对于VertexLighting(...) include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”

    可以在“Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl”中找到很多工具函数。

    内置着色器变量

    除了光照相关的变量外，其他的变量名都基本没变

    照明↑

    内置管线 URP
    _LightColor0 _MainLightColor Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlsl”
    _WorldSpaceLightPos0 _MainLightPosition Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlsl”
    _LightMatrix0 移除了。目前尚不支持Cookie
    unity_4LightPosX0，unity_4LightPosY0，unity_4LightPosZ0 在URP中，其他光源存储在数组/缓冲区中（取决于平台）。使用Light GetAdditionalLight(uint i, float3 positionWS)获取额外光源信息 Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”
    unity_4LightAtten0 在URP中，其他光源存储在数组/缓冲区中（取决于平台）。使用Light GetAdditionalLight(uint i, float3 positionWS)获取额外光源信息 Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”
    unity_LightColor 在URP中，其他光源存储在数组/缓冲区中（取决于平台）。使用Light GetAdditionalLight(uint i, float3 positionWS)获取额外光源信息 Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”
    unity_WorldToShadow float4x4 _MainLightWorldToShadow[MAX_SHADOW_CASCADES + 1] 或者_AdditionalLightsWorldToShadow[MAX_VISIBLE_LIGHTS] Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl”

    如果要使用循环所有其他灯光GetAdditionalLight(...)，GetAdditionalLightsCount()可以使用来查询其他灯光计数。

    其他

    阴影

    有关阴影的更多信息，“Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Shadows.hlsl”

    内置管线 URP
    UNITY_SHADOW_COORDS（x） 移除了。DIY，例如float4 shadowCoord : TEXCOORD0;
    TRANSFER_SHADOW（a） a.shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord（worldSpacePosition） 启用cascades时，对片段执行此操作以避免视觉鬼影
    SHADOWS_SCREEN 移除了。不支持。

    雾

    有关雾的更多信息，“Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/ShaderVariablesFunctions.hlsl”.

    内置管线 URP
    UNITY_FOG_COORDS(x) 移除了。DIY，例如float fogCoord : TEXCOORD0;
    UNITY_TRANSFER_FOG(o*，outpos) o.fogCoord = ComputeFogFactor(clipSpacePosition.z);
    UNITY_APPLY_FOG(coord，col) color = MixFog(color，i.fogCoord);

    深度

    要使用相机深度纹理，需要include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DeclareDepthTexture.hlsl” ，然后会自动声明_CameraDepthTexture，也会包含辅助函数SampleSceneDepth(...)和LoadSceneDepth(...)。

    内置管线 URP
    LinearEyeDepth（sceneZ） LinearEyeDepth（sceneZ，_ZBufferParams） Include “Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl”
    Linear01Depth（sceneZ） Linear01Depth（sceneZ，_ZBufferParams） Include “Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl”

    其他中的其他

    内置管线 URP
    ShadeSH9（normal） SampleSH（normal） Include “Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”
    unity_ColorSpaceLuminance 移除了。使用Luminance() Include “Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl”

    后处理/视觉特效

    URP不支持OnPreCull，OnPreRender，OnPostRender和OnRenderImage这些方法。URP支持OnRenderObject和OnWillRenderObject，但是如果在URP中使用你可能会发现问题。因此，如果你曾经在旧管线创建视觉效果时使用它们，那么现在你需要学习新方法了。URP包含以下注入点：

    • beginCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
    • endCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
    • beginFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras)
    • endFrameRendering(ScriptableRenderContext context,Camera[] cameras)

    用法示例：

    void OnEnable()
{
    RenderPipelineManager.beginCameraRendering += MyCameraRendering;
}

void OnDisable()
{
    RenderPipelineManager.beginCameraRendering -= MyCameraRendering;
}

void MyCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
    ...
    if(camera == myEffectCamera)
    {
    ...
    }
    ...
}

    就像我说的那样，OnWillRenderObject是受支持的，但是，如果你需要在其中执行渲染调用（例如，水反射/折射），它将无法正常工作。调用Camera.Render()，你将看到以下消息：

    Recursive rendering is not supported in SRP (are you calling Camera.Render from within a render pipeline?)

    翻译过来就是：

    SRP不支持递归渲染（你是从渲染管道中调用Camera.Render吗？）

    在这种情况下，URP中应该将OnWillRenderObject替换为begin/endCameraRendering（如上面的例子），并调用RenderSingleCamera()，而不是 Camera.Render()。更改上面的示例，你将获得以下内容

    void MyCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
    ...
    if(camera == myEffectCamera)
    {
    ...
        UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera(context, camera);
    }
    ...
}

    使用后处理的另一种方法是使用ScriptableRendererFeature。这篇文章很好地解释了使用RenderFeature的描边效果。ScriptableRendererFeature可以让你将ScriptableRenderPass(es)注入到渲染管线的不同阶段，因此是创建后处理效果的强大工具。注入位置可以包含以下：

    • BeforeRendering
    • BeforeRenderingShadows
    • AfterRenderingShadows
    • BeforeRenderingPrepasses
    • AfterRenderingPrePasses
    • BeforeRenderingOpaques
    • AfterRenderingOpaques
    • BeforeRenderingSkybox
    • AfterRenderingSkybox
    • BeforeRenderingTransparents
    • AfterRenderingTransparents
    • BeforeRenderingPostProcessing
    • AfterRenderingPostProcessing
    • AfterRendering

    这是ScriptableRendererFeature使用自定义材质执行blit的简单示例：

    public class CustomRenderPassFeature : ScriptableRendererFeature
{
    class CustomRenderPass : ScriptableRenderPass
    {
        CustomRPSettings _CustomRPSettings;
        RenderTargetHandle _TemporaryColorTexture;

        private RenderTargetIdentifier _Source;
        private RenderTargetHandle _Destination;

        public CustomRenderPass(CustomRPSettings settings)
        {
            _CustomRPSettings = settings;
        }

        public void Setup(RenderTargetIdentifier source, RenderTargetHandle destination)
        {
            _Source = source;
            _Destination = destination;
        }

        public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
        {
            _TemporaryColorTexture.Init("_TemporaryColorTexture");
        }

        public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
        {
            CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get("My Pass");

            if (_Destination == RenderTargetHandle.CameraTarget)
            {
                cmd.GetTemporaryRT(_TemporaryColorTexture.id, renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor, FilterMode.Point);
                cmd.Blit(_Source, _TemporaryColorTexture.Identifier());
                cmd.Blit(_TemporaryColorTexture.Identifier(), _Source, _CustomRPSettings.m_Material);
            }
            else
            {
                cmd.Blit(_Source, _Destination.Identifier(), _CustomRPSettings.m_Material, 0);
            }

            context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
            CommandBufferPool.Release(cmd);
        }

        public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd)
        {
            if (_Destination == RenderTargetHandle.CameraTarget)
            {
                cmd.ReleaseTemporaryRT(_TemporaryColorTexture.id);
            }
        }
    }

    [System.Serializable]
    public class CustomRPSettings
    {
        public Material m_Material;
    }

    public CustomRPSettings m_CustomRPSettings = new CustomRPSettings();
    CustomRenderPass _ScriptablePass;

    public override void Create()
    {
        _ScriptablePass = new CustomRenderPass(m_CustomRPSettings);

        _ScriptablePass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
    {
        _ScriptablePass.Setup(renderer.cameraColorTarget, RenderTargetHandle.CameraTarget);
        renderer.EnqueuePass(_ScriptablePass);
    }
}

    你可以通过单击“Create > Rendering > Universal Render Pipeline > Renderer Feature”来创建一个ScriptableRendererFeature。你创建的功能必须添加到你的中ForwardRenderer。为此，选择ForwardRenderer，单击Add Renderer Feature，然后选择要添加的功能。你可以在Inspector中公开属性，例如上面的例子中包含了一个材质球属性。

    结语

    由于Unity和URP、SRP都在快速迭代更新，本文也会不定时更新。如果有问题，你可以在本文原文中评论，也可以通过微信：zhz11235或者QQ：329541945找到我。

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