Unity URP UniversalRendePipeline

简介： 感谢最近的工作需求，好好翻了一下 Unity URP UniversalRenderPipeline，继 URP 管线主要类 分析之后，来仔细看一下 UniversalRenderPipeline 吧
软件： unity 2022.3.14f1c1
管线：com.unity.render-pipelines.universal@14.0.9

背景

由上篇文章 URP 管线主要类 分析之后 可知

1. UniversalRenderPipeline 继承自 RenderPipeline
2. UniversalRenderer 继承自 ScriptableRenderer
3. UniversalRenderer 的数据类为 UniversalRendererData，用于保存 UniversalRenderer 的配置和创建 UniversalRenderer
   • UniversalRenderer 的构造函数强制需要传入 UniversalRendererData
   • UniversalRendererData 有一个 Create 函数用来创建 UniversalRenderer
4. UniversalRenderPipelineAsset
   • 提供 UniversalRenderPipeline 的创建方法
   • 创建 UniversalRenderPipeline 时强制传入UniversalRenderPipelineAsset
   • 内部有一个 ScriptableRendererData 列表，用来保存当前管线可以用到的 RendererData , 然后还是用一个 ScriptableRenderer[] m_Renderers 来缓存生成的 scriptableRenderer
5. URP 中的相机默认都必须有一个 UniversalAdditionalCamera 组件，这个组件保存了当前要用的 UniversalRenderer 的索引，提供一个 scriptableRenderer 属性用来获取当前相机的 Renderer。
   • scriptableRenderer 属性通过 UniversalRenderPipeline.asset 拿到管线配置文件，然后使用管线配置文件提供的 GetRenderer(int index) 方法获取对应的 scriptableRenderer。

Pipline 渲染步骤

除去我们不好找的引擎内部逻辑，我们就以引擎调用到 UniversalRenderPipeline 的 Render(ScriptableRenderContext renderContext, List<Camera> cameras) 开始往后推。

Render 方法

1. Pipline 的 Render，接受一个渲染上下文和一个相机列表。
2. 开始部分会做一个 ProfilingScope 标记，然后设置一些色彩空间，渲染层级，MSAA 级别等。
3. 遍历所有的相机
   • 如果是 Game 相机则调用 RenderCameraStack(renderContext, camera) 渲染。我们主要关注这个
   • 如果不是 Game 相机则再做一个 BeginCameraRendering 标记，然后更新 Volume框架，然后调用用 RenderSingleCameraInternal(renderContext, camera) 进行渲染。然后关闭标记
4. 关闭对应的 ProfilingScope 标记

RenderCameraStack 方法

渲染 UPR 中的相机Stack

1. 起手添加一个 ProfilingScope 标记
2. 从相机对象上获取 UniversalAdditionalCameraData 组件，
   • 通过该组件就可以获得相机上的 scriptableRenderer
   • 通过该组件就可以获得相机上的 Stack 列表
3. 遍历 Stack 列表，对相机数据进行预处理
   • 剔除已经删除的或未激活的相机，
   • 剔除和base相机不是同一个 scriptableRenderer 类型的相机
   • 收集堆中的相机是否有开启后处理的
4. 结束 Stack 列表的遍历后，如果有相机不生效了，则更新相机的 stack

5. 然后引入了 XRSsytem 系统， 向baske相机添加至其中，我不做 AR VR 所以，这里对我意义不大，当然 base 相机之后也是从这里取出，这里的放入、取出，我就当其没有发生过，管线这里这样写应该也是为了兼容 AR VR

6. InitializeCameraData 方法初始化相机数据到 baseCameraData ，具体内容下面单写
7. InitializeAdditionalCameraData 方法初始化相机数据到 baseCameraData ， 具体内容下面单写
8. 设置 baseCameraData 的一些属性
9. RenderSingleCamera 调用单相机渲染 basecamera
10. 遍历 cameraStack ，每个相机调用 RenderSingleCamera 进行渲染
    • 获取 cameradata
    • 调用 InitializeAdditionalCameraData 初始化 overlayCameraData
    • 设置 overlayCameraData
    • 调用 RenderSingleCamera 逐相机渲染
11. 一些其它 XR 的设置和调用
    上述的步骤中基本上每个相机都会一个 ProfilingScope 标记对，用来便于debug，辅助功能所以没有全部写在上述的步骤中

InitializeCameraData

顾名思义，初始化相机数据。这个方法会将数据返回给传入的 cameraData 对象，InitializeAdditionalCameraData 也是这个操作。

1. 设置 cameraData 的一些属性
   • 创建 cameraData 对象
   • 调用 InitializeStackedCameraData 初始化相机堆栈数据
   • 设置 cameraData.camera
   • 设置相机的 MSAA、 XR 、HDR、cameraTargetDescriptor信息
2. 设置相机的堆栈数据 InitializeStackedCameraData
   • 设置 cameraData.targetTexture
   • 设置 cameraData.cameraType
   • 根据相机类型设置 环境和后处理设置，主要分为，场景相机数据、UPR的baseAdditionalCameraData数据、默认相机数据
   • 设置输出设置，HDR 、size、renderScale、upscalingFilter、imageScalingMode、fsrOverrideSharpness、defaultOpaqueSortFlags、captureActions

InitializeAdditionalCameraData

初始化 additionalCameraData 相机数据到 cameraData ，这里的 cameraData 和 InitializeCameraData 里的是同一个对象（结构体 struct）

1. 设置 cameraData 的各种属性对象
   • 具体的属性对象就翻一下类看吧，就是相机场景的属性
2. 设置一些 debug 属性的 override
3. 设置了 SetViewProjectionAndJitterMatrix

RenderSingleCamera

主要的渲染逻辑在这里，主要是对renderer的设置，从这里也可以看出，我们的 UniversalRender 是和相机一一对应的，这个 renderer 对象就保存为 CameraData 的 renderer 属性，即 cameraData.renderer

1. 设置从 cameraData 获取 renderer 和 camera
2. 将 ScriptableRenderer.current=renderer ; 进行全局设置。ScriptableRenderer.current 是一个静态属性
3. 从 CommandBufferPool 里获取一个 CommandBuffer cmd
4. 打 ProfilingScope 标记
5. 调用 renderer.OnPreCullRenderPasses函数
6. 计算一次 cmd ，context.ExecuteCommandBuffer(cmd)
7. 设置相机相关的 shader 全局变量
   • 环境色
   • 环境光 等
8. 一些特殊相机的预处理，如 CameraType.Reflection、CameraType.Preview、SceneViewCamera
9. cameraData 设置 MotionVector 相关
10. cameraData 设置相机输出 Handle 的尺寸
    11.context 获取剔除结果
11. renderer 初始化 RenderingData
12. renderer 添加渲染Pass
13. 判断是否使用 useRenderGraph
    • 使用 则调用RecordAndExecuteRenderGraph 和 renderer.FinishRenderGraphRendering
    • 不使用则调用 renderer.Setup 和 renderer.Execute* ，我们一般的渲染都在 renderer.Execute 里面执行
14. 结束标记
15. context.ExecuteCommandBuffer(cmd) 执行 cmd，结束

流程完成

基本上上面的步骤走完，就开始使用 相机的 Renderer 进行渲染了。
在 pipeline 中主要做的就是，

• 相机的设置
• 根据相机的 UniversalAdditionalCameraData 组件对象、相机本身的设置，管线的设置，来生成渲染要使用的 RenderingData。所以在后面的具体渲染中我们基本上方法接受的都是 ScriptableRenderContext 和 RenderingData，这两个对象
• 相机的 cull 操作
• 相机类型的区分
• 遍历相机，逐一设置后，调用正确的渲染方法。抛去 useRenderGraph，应该调用的是 renderer.Setup 和 renderer.Execute。
• renderer.Execute(context, ref renderingData); 接受 contex 和 renderingData