Unity中的三种烘托途径

Unity中的烘托途径

Unity的烘托途径

在Unity里，烘托途径（Rendering Path）决议了光照是怎么应用到Unity Shader中的。因而，咱们只有为Shader正确地挑选和设置了需求的烘托途径，该shader的光照核算才干够被正确履行。

unity中的烘托途径：

• Forward Rendering Path （向前烘托途径）
• Deferred Rendering Path (推迟烘托途径) 【新的版别已替换老版别】
• Vertex Lit Rendering Path （极点烘托途径）【Unity 5.X之后已被扔掉】

大多数状况下，一个项目只会运用一种烘托途径。

Forward Rendering Path （向前烘托途径）

前向烘托途径是传统的烘托办法，也是咱们最常用的一种烘托途径。

向前烘托途径原理：

在进行一次完好的向前烘托过程中，咱们需求烘托该方针的烘托图元，并核算两个缓冲区的信息：色彩缓冲区和深度缓冲区。运用深度缓冲来确认一个片元是否是可见的，假如可见就更新色彩缓冲区中的色彩值。

Pass  {
	for  (each  primitive  in  this  model)  {
		for  (each  fragment  covered  by  this  primitive)  {
			if  (failed  in  depth  test)  {
				// 假如没有经过深度测验，阐明该片元是不行见的
				discard;
              }  else  {
				// 假如该片元可见
				// 就迚行光照核算
				float4  color  =  Shading(materialInfo,  pos,  normal,  lightDir,  viewDir);
				// 更新帧缓冲
				writeFrameBuffer(fragment,  color);
				}
		}
	}
}

关于每个逐像素光源，咱们都需求进行上面一次完好的烘托流程。

假如一个物体在多个逐像素光源的影响区域内，那么该物体就需求履行多个Pass，每个Pass核算一个逐像素光源的光照成果，然后在帧缓冲中把这些光照成果混合起来得到终究的色彩值。

Unity中的向前烘托：

Unity中向前烘托途径的3种处理光照的办法：

逐极点处理、逐像素处理和球谐函数（Spherical Harmonics，SH）处理。

而决议一个光源运用哪种处理形式取决于它的类型和烘托形式。

光照类型：指该光源是平行光仍是其它类型光源

光源的烘托形式：是否是Important

在前向烘托中，当咱们烘托一个物体时，Unity会依据场景中各个光源的设置以及这些光源对物体的影响程度（例如，间隔该物体的远近、光源强度等）对这些光源进行一个重要度排序。其间，必定数意图光源会按逐像素的办法处理，然后最多有4个光源按逐极点的办法处理，剩余的光源能够按SH办法处理。

• 场景中最亮的平行光总是按逐像素处理的。
• 烘托形式被设置成Not Important的光源，会按逐极点或许SH处理。
• 烘托形式被设置成Important的光源，会按逐像素处理。
• 假如依据以上规矩得到的逐像素光源数量小于Quality Setting中的逐像素光源数量(Pixel Light Count)，会有更多的光源以逐像素的办法进行烘托。

向前烘托中的两种Pass ，在Pass中进行光照核算。

关于前向烘托来说，一个Unity Shader一般会界说一个Base Pass（Base Pass也能够界说屡次，例如需求双面烘托等状况）以及一个Additional Pass。

一个Base Pass仅会履行一次（界说了多个Base Pass的状况在外），而一个Additional Pass会依据影响该物体的其他逐像素光源的数目被屡次调用，即每个逐像素光源会履行一次Additional Pass。

Vertex Lit Rendering Path （极点烘托途径）

极点照明烘托途径是对硬件装备要求最少、运算功用最高，但一起也是得到的作用最差的一种类型，它不支撑那些逐像素才干得到的作用，例如暗影、法线映射、高精度的高光反射等。实际上，它只是是前向烘托途径的一个子集，也便是说，一切能够在极点照明烘托途径中完结的功用都能够在前向烘托途径中完结。

假如挑选运用极点照明烘托途径，那么Unity会只填充那些逐极点相关的光源变量，意味着咱们不能够运用一些逐像素光照变量。

Unity中的极点照明烘托：

极点照明烘托途径一般在一个Pass中就能够完结对物体的烘托。在这个Pass中，咱们会核算咱们关怀的一切光源对该物体的照明，并且这个核算是按逐极点处理的。这是Unity中最快速的烘托途径，并且具有最广泛的硬件支撑（可是游戏机上并不支撑这种途径）。

可拜访的内置变量和函数：

在Unity中，咱们能够在一个极点照明的Pass中最多拜访到8个逐极点光源。

极点照明烘托途径中能够运用的内置变量

极点照明烘托途径中能够运用的内置函数

Deferred Rendering Path (推迟烘托途径)

推迟烘托是一种更陈旧的烘托办法，但由于上述前向烘托或许形成的瓶颈问题，近几年又流行起来。

除了前向烘托中运用的色彩缓冲和深度缓冲外，推迟烘托还会运用额定的缓冲区，这些缓冲区也被统称为G缓冲（G-buffer），其间G是英文Geometry的缩写。G缓冲区存储了咱们所关怀的外表（一般指的是离摄像机最近的外表）的其他信息，例如该外表的法线、方位、用于光照核算的原料特点等。

推迟烘托的原理：

推迟烘托首要包含了两个Pass。

在第一个Pass中，咱们不进行任何光照核算，而是只是核算哪些片元是可见的，这首要是经过深度缓冲技能来完结，当发现一个片元是可见的，咱们就把它的相关信息存储到G缓冲区中。

然后，在第二个Pass中，咱们运用G缓冲区的各个片元信息，例如外表法线、视角方向、漫反射系数等，进行真实的光照核算。

        Pass  1  {
            // 第一个Pass不迚行真实的光照核算
            // 只是把光照核算需求的信息存储到G缓冲中

            for  (each  primitive  in  this  model)  {

              for  (each  fragment  covered  by  this  primitive)  {
                  if  (failed  in  depth  test)  {
                    // 假如没有经过深度测验，阐明该片元是不行见的
                    discard;
                  }  else  {
                    // 假如该片元可见
                    // 就把需求的信息存储到G缓冲中
                    writeGBuffer(materialInfo,  pos,  normal,  lightDir,  viewDir);
                  }
              }
          }
        }

        Pass  2  {
          // 运用G缓冲中的信息迚行真实的光照核算

          for  (each  pixel  in  the  screen)  {
              if  (the  pixel  is  valid)  {
                  // 假如该像素是有用的
                  // 读取它对应的G缓冲中的信息
                  readGBuffer(pixel,  materialInfo,  pos,  normal,  lightDir,  viewDir);

                  // 依据读取到的信息迚行光照核算
                  float4  color  =  Shading(materialInfo,  pos,  normal,  lightDir,  viewDir);
                  // 更新帧缓冲
                  writeFrameBuffer(pixel,  color);
              }
          }
        }

推迟烘托运用的Pass数目一般便是两个，这跟场景中包含的光源数目是没有关系的。

换句话说，推迟烘托的功率不依赖于场景的复杂度，而是和咱们运用的屏幕空间的巨细有关。

这是由于，咱们需求的信息都存储在缓冲区中，而这些缓冲区能够了解成是一张张2D图画，咱们的核算实际上便是在这些图画空间中进行的。

Unity中的推迟烘托：

Unity有两种推迟烘托途径，一种是留传的推迟烘托途径，即Unity 5之前运用的推迟烘托途径，而另一种是Unity5.x中运用的推迟烘托途径。假如游戏中运用了许多的实时光照，那么咱们或许期望挑选推迟烘托途径，但这种途径需求必定的硬件支撑。

关于推迟烘托途径来说，它最合适在场景中光源数目许多、假如运用前向烘托会形成功用瓶颈的状况下运用。并且，推迟烘托途径中的每个光源都能够按逐像素的办法处理。

推迟烘托的缺陷：

• 不支撑真实的抗锯齿（anti-aliasing）功用。
• 不能处理半透明物体。
• 对显卡有必定要求。假如要运用推迟烘托的话，显卡有必要支撑MRT（Multiple Render Targets）、Shader Mode 3.0及以上、深度烘托纹路以及双面的模板缓冲。

Unity要求咱们供给两个Pass。

（1）第一个Pass用于烘托G缓冲。在这个Pass中，咱们会把物体的漫反射色彩、高光反射色彩、滑润度、法线、自发光和深度等信息烘托到屏幕空间的G缓冲区中。关于每个物体来说，这个Pass仅会履行一次。

（2）第二个Pass用于核算真实的光照模型。这个Pass会运用上一个Pass中烘托的数据来核算终究的光照色彩，再存储到帧缓冲中。

默许的G缓冲区（留意，不同Unity版别的烘托纹路存储内容会有所不同）包含了以下几个烘托纹路（Render Texture, RT）。

• RT0：格局是ARGB32, RGB通道用于存储漫反射色彩，A通道没有被运用。
• RT1：格局是ARGB32, RGB通道用于存储高光反射色彩，A通道用于存储高光反射的指数部分。
• RT2：格局是ARGB2101010, RGB通道用于存储法线，A通道没有被运用。
• RT3：格局是ARGB32（非HDR）或ARGBHalf（HDR），用于存储自发光+lightmap+反射探针（reflection probes）。

深度缓冲和模板缓冲。

当在第二个Pass中核算光照时，默许状况下仅能够运用Unity内置的Standard光照模型,假如咱们想要运用其他的光照模型，就需求替换掉原有的Internal-DeferredShading.shader文件。

可拜访的内置变量和函数：

这些变量都能够在UnityDeferred Library.cginc文件中找到它们的声明。

挑选哪种烘托途径？

Unity的官方文档（http://docs.unity3d.com/Manual/RenderingPaths.html）中给出了4种烘托途径（前向烘托途径、推迟烘托途径、留传的推迟烘托途径和极点照明烘托途径）的具体比较，包含它们的特性比较（是否支撑逐像素光照、半透明物体、实时暗影等）、功用比较以及渠道支撑。

整体来说，咱们需求依据游戏发布的方针渠道来挑选烘托途径。假如当时显卡不支撑所选烘托途径，那么Unity会主动运用比其低一级的烘托途径。