SRP简单入门

agile Posted on Oct 2 2021

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概念
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SRP 全称为：Scriptable Render Pipeline，也就是可编程的渲染管线，它属于一种轻量的 API，允许开发者使用 C# 脚本来设置渲染命令，Unity 将这些命令传递给它的底层图形架构（low-level graphics architecture），它会将这些指令会被发送到 graphics API 当中，最终由 GPU 进行处理。

SRP 的官方介绍如下：

[https://docs.unity3d.com/Manual/ScriptableRenderPipeline.html](https://docs.unity3d.com/Manual/ScriptableRenderPipeline.html)

如今常见的 **URP** 以及 **HDRP** 都是在 SRP 的基础上拓展的，当然我们也可以用 SPR 实现自定义的渲染管线。想要实现自定义的渲染管线，必须要有 Render Pipeline Asset 和 Render Pipeline Instance 这两个东西。

Render Pipeline Instance
------------------------

我们先来看看什么是 Render Pipeline Instance，它实际上就是一个继承了 [RenderPipeline](https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.RenderPipeline.html) 的类，如下：

```
public class CustomRenderPipeline : RenderPipeline {
    protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras) {
    }
}

```

然后我们可以通过重写 Render 方法，在里面实现我们自定义的渲染效果。其中我们可以看见有一个 [ScriptableRenderContext](https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.ScriptableRenderContext.html) 对象，它充当着 C# 代码与 Unity 底层图形代码的接口。SRP 的渲染使用的是**延迟**执行，我们可以用 ScriptableRenderContext 构建一系列的渲染命令，然后告诉 Unity 去执行这些命令。

我们通过下面两种方法来设置渲染命令：

*   将一系列的 CommandBuffer 传递给 ScriptableRenderContext，然后使用 ScriptableRenderContext.ExecuteCommandBuffer 方法执行这些命令。
*   直接调用 ScriptableRenderContext 的 API，例如 ScriptableRenderContext.Cull 和 ScriptableRenderContext.DrawRenderers。

然后我们可以通过调用 ScriptableRenderContext.Submit 方法来告诉 Unity 去执行我们设置好的命令。在调用 Submit 方法之前，Unity 不会去执行我们前面所设置的命令。

下面例子，我们使用红色来进行清屏：

```
protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras) {
    var cmd = new CommandBuffer();
    cmd.ClearRenderTarget(true, true, Color.red);
    context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
    cmd.Release();
    context.Submit();
}

```

Render Pipeline Asset
---------------------

那么怎么让我们上面的代码生效呢？这里就需要我们的 Render Pipeline Asset 出场了。从 Asset 关键字可以看出，它属于一种资源文件，例如在 URP 中，我们就可以用下面方法来创建一个属于 URP 的 Render Pipeline Asset。

![](https://pic4.zhimg.com/v2-f710012e17c1f0589e7417423556ee43_r.jpg)

那么我们怎么创建上面自定义的 Render Pipeline Instance 对应的 Asset 文件呢？只需要新建一个脚本继承 [RenderPipelineAsset](https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.RenderPipelineAsset.html) 类，并且重写里面的 **CreatePipeline()** 方法，返回我们的 Render Pipeline Instance 即可，如下：

```
[CreateAssetMenu(menuName = "Rendering/CustomRenderPipelineAsset")]
public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset {
    protected override RenderPipeline CreatePipeline() {
        return new CustomRenderPipeline();
    }
}

```

通常情况下，我们会把 Render Pipeline Instance 中需要用于渲染的一些信息存储在 Asset 文件中。例如前面我们用了红色来清屏，我们可以利用 Asset 来配置这个颜色，然后传递给 Instance，代码如下：

```
[CreateAssetMenu(menuName = "Rendering/CustomRenderPipelineAsset")]
public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset {
    public Color clearColor;
    protected override RenderPipeline CreatePipeline() {
        return new CustomRenderPipeline(this);
    }
}

```

```
public class CustomRenderPipeline : RenderPipeline {
    CustomRenderPipelineAsset m_asset;
    public CustomRenderPipeline(CustomRenderPipelineAsset asset) {
        m_asset = asset;
    }
    protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras) {
        var cmd = new CommandBuffer();
        cmd.ClearRenderTarget(true, true, m_asset.clearColor);
        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
        cmd.Release();
        context.Submit();
    }
}

```

除此之外我们还可以根据不同的设备配置来指定不同的 Asset，来达到不同硬件条件下的适配效果。

接着我们就可以创建我们自定义的 Render Pipeline Asset 了：

![](https://pic1.zhimg.com/v2-94ecb1c0725f0481f0afa7163f66dafc_r.jpg)

在 Asset 的 Inspector 界面就可以设置清屏的颜色，如图我设置一个黄色：

![](data:image/svg+xml;utf8,<svg xmlns='http://www.w3.org/2000/svg' width='290' height='133'></svg>)

最后我们要在 Project Settings 的 Graphics 中，关联上我们的 Asset 文件，如图：

![](https://pic4.zhimg.com/v2-7f43fbd0dde982c13c4e14971cef9d87_r.jpg)

此时我们的画面就变得一片黄色，说明我们 Instance 中的代码生效了：

![](https://pic1.zhimg.com/v2-2f19a5f1ed9275faaa6fdea85b1742b8_r.jpg)

接着我们来想办法在这一片屎黄色的屏幕上加点什么，ScriptableRenderContext 为我们提供了 **DrawRenderers** 方法来绘制可见的物体，具体函数如下：

```
public void DrawRenderers(CullingResults cullingResults,ref DrawingSettings drawingSettings,
ref FilteringSettings filteringSettings);

```

其中参数有 CullingResults，DrawingSettings 和 FilteringSettings 对象，我们依次来了解一下。

CullingResults
--------------

CullingResults，顾名思义就是剔除后的结果。在 SRP 的每个**渲染循环**里（Render Loop，每帧执行的所有渲染操作我们称之为一个渲染循环），渲染过程中通常会对每个 Camera 做剔除操作留下可见的物体，然后再渲染它们以及处理可见光。

我们可以通过 ScriptableRenderContext.Cull 方法来执行剔除操作，如下：

```
public CullingResults Cull(ref ScriptableCullingParameters parameters);

```

其中 [ScriptableCullingParameters](https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.ScriptableCullingParameters.html) 参数决定了剔除的规则，该参数通常从当前渲染的 Camera 中获得，即 Camera.TryGetCullingParameters 方法，如下：

```
public bool TryGetCullingParameters(out ScriptableCullingParameters cullingParameters);

```

此外我们还可以手动的修改得到的 ScriptableCullingParameters 结构体，来更新剔除的规则，例如：

```
//增加遮挡剔除
cullingParameters.cullingOptions |= CullingOptions.OcclusionCull;
//剔除除了default layer之外的layer
cullingParameters.cullingMask = 1 << 0;

```

执行 Cull 方法后，得到的结果即存储在 CullingResults 对象中，并且在每次渲染循环完成后，CullingResults 所占的内存都会被释放掉。

DrawingSettings
---------------

DrawingSettings 用来描述可见物体的排序方式，以及绘制它们时使用的 Shader Pass，其构造函数如下：

```
public DrawingSettings(ShaderTagId shaderPassName, SortingSettings sortingSettings);

```

ShaderTagId 用于关联 Shader 中的 Tag id，在 SRP 中，我们可以使用 **LightMode** 这个 Pass 块里的 Tag 来决定我们的绘制方式。在内置的渲染管线中，我们的 LightMode 可以选择诸如 Always，ForwardBase，Deferred 等等值，但是现在我们要自定义渲染管线，因此 LightMode 的值就需要我们自定义，例如我们可以在 Shader 的 Pass 中添加如下代码：

```
Tags { "LightMode" = "CustomLightModeTag"}

```

那么我们 DrawingSettings 中需要的 ShaderTagId 即为：

```
ShaderTagId shaderTagId = new ShaderTagId("CustomLightModeTag");

```

这样就会找到 Shader 中 LightMode 为 CustomLightModeTag 的 Pass 进行渲染。

接着是 SortingSettings 结构图，对应着排序方式，我们可以通过下面方法获得：

```
var sortingSettings = new SortingSettings(camera);

```

怎么理解排序方式呢？可以参考 [Camera.transparencySortMode](https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Camera-transparencySortMode.html)。简单来说，默认情况下正交摄像机的话，排序只考虑物体与摄像机在 Camera.forward 方向上的距离。而透视摄像机直接根据物体到摄像机的距离进行排序。

最终我们的 DrawingSettings 即为：

```
DrawingSettings drawingSettings = new DrawingSettings(shaderTagId, sortingSettings);

```

FilteringSettings
-----------------

FilteringSettings 用来描述渲染时如何过滤可见物体，可通过如下方法获得：

```
FilteringSettings filteringSettings = FilteringSettings.defaultValue;
filteringSettings.layerMask = 1 << 0;

```

defaultValue 即表示不进行任何的过滤，设置 layerMask，即只显示属于该 layer 的物体。

完整 RenderPipeline 代码
--------------------

通过上面，DrawRenderers 需要的参数就都可以获得了，我们就可以绘制物体了，完整代码如下：

```
protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras) {
    var cmd = new CommandBuffer();
    //清除上一帧绘制的东西
    cmd.ClearRenderTarget(true, true, Color.black);
    context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
    cmd.Release();

// 会有显示Scene视图的SceneCamera，点击Camera时显示Preview视图的PreviewCamera，以及场景中我们添加的Camera
    foreach(Camera camera in cameras) {
        //获取当前相机的剔除规则，进行剔除
        camera.TryGetCullingParameters(out var cullingParameters);
        var cullingResults = context.Cull(ref cullingParameters);

//根据当前Camera，更新内置Shader的变量
        context.SetupCameraProperties(camera);

//生成DrawingSettings
        ShaderTagId shaderTagId = new ShaderTagId("CustomLightModeTag");
        var sortingSettings = new SortingSettings(camera);
        DrawingSettings drawingSettings = new DrawingSettings(shaderTagId, sortingSettings);

//生成FilteringSettings
        FilteringSettings filteringSettings = FilteringSettings.defaultValue;

context.DrawRenderers(cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings);

if(camera.clearFlags == CameraClearFlags.Skybox && RenderSettings.skybox != null) {
            //绘制天空盒
            context.DrawSkybox(camera);
        }

context.Submit();
    }
}

```

自定义 Shader
----------

别忘了，在自定义管线里，我们用的是 Tags {"LightMode" = "CustomLightModeTag"} 的 Shader，因此我们要新建一个 Shader，然后 Pass 里添加我们指定的 Tag。

一个简单的无光照 Shader 如下：

```
Shader "Custom/UnlitColor"
{
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Tags { "LightMode" = "CustomLightModeTag"}

HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

float4x4 unity_MatrixVP;
            float4x4 unity_ObjectToWorld;

struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };

struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
				float4 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
                o.vertex = mul(unity_MatrixVP, worldPos);
                return o;
            }

float4 frag (v2f i) : SV_TARGET
            {
                return float4(0.5,1,0.5,1);
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

```

最后我们只需要创建一个 Material 来关联这个 Shader，并且在场景中创建 Cube，Sphere 等 GameObject，并且使用我们的 Material 即可。

得到的效果如下：

![](https://pic1.zhimg.com/v2-165a0b3e3eefc0a8fa8d0bfa2621fa7c_r.jpg)

本文是一个最简单的例子，如果我们要在 SRP 里添加更多复杂的功能，可以在 Package Manager 中安装 [Core RP Liberary](https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.render-pipelines.core@11.0/manual/index.html)。它里面包含有一些核心的 shader 库，使用它们可以让我们的 shader 兼容 SRP Batcher，此外还有很多工具函数适用于一些常见操作。