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Unity SRP渲染管线的设计解析

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Unity SRP渲染管线的设计解析

目的为对 SRP 的框架进行理解，理解其 必要的部分与原理，并非对非必要细节进行逐词翻译。

一、SRP 渲染管线与 Unity 底层调用渲染指令的联系

二、RenderPipelineAsset

1.1 成员

1.1.1 虚拟成员

属性 (get; set;)
  • defaultMaterial (在编辑器中物体的默认 material)
  • defaultShader (在编辑器中物体的默认 shader)
  • renderPipelineShaderTag (对应于 shaderlab 的 renderpipline tag)
  • …
方法
  • OnValidate() (在编辑器中修改参数时调用)
  • …

1.1.2 抽象成员

方法
  • CreatePipeline(this) (实例化 RenderPipeline)

三、RenderPipeline

关键方法

  • RenderInternal(context, cameras) (调用 Render)
  • Render(context, cameras) (abstract)

以上为 SRP 的最基础的架构，即使没有 URP 对于 Renderer、Pass、RendererFeature 的抽象，依然可以通过直接对 context 进行指令填充，实现简单的渲染管线。

渲染基础流程：

  • RenderPipeline.Render(context, cameras[]) ↓
    • [逐相机循环] ↓
      • context.SetupCameraProperties(camera) ← 同步 MVP 矩阵到 GPU ↓
      • camera.TryGetCullingParameters() ← 准备剔除参数 ↓
      • context.Cull() ← CPU 侧视锥体/遮挡剔除 ↓
      • cmd.ClearRenderTarget() ← 清理 FrameBuffer ↓
      • context.DrawRenderers() [Opaque] ← 不透明物体渲染 ↓
      • context.DrawSkybox() ← 天空盒渲染 ↓
      • context.DrawRenderers() [Transparent] ← 半透明物体渲染 ↓
      • context.Submit() ← 将 CommandBuffer 批量提交 GPU 执行

URP 对 SRP 的拓展

目的为 URP 基于 SRP 的框架的拓展进行理解，理解其 必要的部分与原理，并非对非必要细节进行逐词翻译。

一、UniversalRenderPipelineAsset

1.1 关键改动或新增

1.1.1 成员

字段
  • m_RendererDataList
  • m_Renderers
方法
  • CreatePipeline(this)
    • 核心逻辑：
      1. for each rendererdata.create() added

二、UniversalRenderPipeline

1.1 关键改动或新增

1.1.1 成员

属性
  • asset (pipelineAsset)
  • …
方法
  • Render(...)
    • 核心逻辑执行流：
      1. sortCameras (深度 + 是否渲染到 RenderTexture)
      2. RenderCameraStack(Base)
        1. for x in Base.cameraStack:
          • RenderSingleCamera(x)
  • RenderSingleCamera(...)
    • 核心逻辑执行流：
      1. TryGetCullingParameters
      2. context.Cull()
      3. 读取 camera.UniversalAdditionalCameraData
      4. 获取绑定 Renderer (从 asset 获得)
      5. 装配 renderingData
      6. renderer.AddRenderPasses (内部触发 foreach features.AddRenderPasses)
      7. renderer.Setup(context, ref renderingData)
      8. renderer.Execute(context, ref renderingData)
  • …

三、ScriptableRendererData

1.1 成员

1.1.1 正常成员

属性
  • rendererFeatures (SO)

1.1.2 抽象成员

方法
  • Create(this) (实例化 Renderer)

四、ScriptableRenderer

1.1 成员

1.1.1 正常成员

字段
  • asset
构造方法
  • Renderer(...)
    • 核心逻辑执行流：
      1. new xxxpass(...) 等…
      2. this.asset = asset
方法
  • Execute(...)
    • 核心逻辑执行流：
      1. for pass in passes:
        • pass.OnCameraSetup(...)
      2. context.ExecuteCommandBuffer(cmd)
      3. SortStable(passes) by renderpassEvent
      4. SetBlockRanges (设置每个 Block 包括的 passIndexRange, 一般共四个)
      5. for pass in passes:
        • pass.Configure(...)
      6. ExecuteBlock(...) 循环四次 (BeforeRendering，MainRenderingOpaque，MainRenderingTransparent，AfterRendering)：
        • for pass in passesInBlock:
          • setRendererPassAttachments(...) (判断并懒设置 RenderTarget)
          • pass.Execute(...)
      7. for pass in passes:
        • pass.OnCameraCleanup(...)

1.1.2 抽象成员

方法
  • Setup(...)
    • 核心逻辑执行流：
      1. alloc cameraTarget from cameraData
      2. alloc RT and passes form passes in features configureinput
      3. Enqueue(xxxpass)
      4. features.SetupRenderPasses(...)

五、ScriptableRenderPass

1.1 成员

1.1.1 正常成员

属性
  • colorAttachments
  • depthAttachment
  • clearFlag
  • clearColor
  • renderPassEvent
  • m_Input
  • …
方法
  • ConfigureTarget()
  • ConfigureClear()
  • ConfigureInput()

1.1.2 抽象成员

方法
  • Execute(...)

1.1.3 虚拟成员

方法
  • OnCameraSetup(...)
  • Configure(...)
  • OnCameraCleanup(...)
  • ResetRenderTarget(...)

六、ScriptableRendererFeature

1.1 成员

1.1.1 抽象成员

方法
  • Create(...)
  • AddRenderPasses(...)

1.1.2 虚拟成员

方法
  • SetupRenderPasses(...)
  • Dispose(...)

以上对于 URP 的 必要的部分与原理 进行了理解与分析，以下分别为实例化渲染管线与每帧渲染的精简示意图：

graph TD
    A[Project Settings] -->|在 Graphics 槽位中分配| B(UniversalRenderPipelineAsset)
    
    B -.->|Unity 底层事件触发| C[RenderPipelineManager]
    C -->|1. 请求创建管线实例| D(Asset.CreatePipeline)
    
    D -->|2. 提取并调用| E[Asset.CreateRenderers]
    E -->|3. 根据传入的 RendererData| F(实例化 UniversalRenderer)
    
    F -.->|4. Renderer 构造时, 提取 Data 里的 Features| G[遍历 ScriptableRendererFeature]
    G -.->|5. 触发 Feature 生命周期的第一步| H(feature.Create)
    
    H -.->|6. 开发者手写逻辑| I[new MyCustomPass: 实例化 Pass]

以上为管线实例化过程

graph TD
    A[UniversalRenderPipeline.Render 传入多个摄像机] --> B(1. SortCameras: 按 TargetTexture 有无 以及 Depth 大小排序)
    B --> C[2. 主循环：遍历所有 Camera]
    
    C --> D{检查 Camera 的 RenderType}
    
    D -- Overlay --> E[直接忽略跳过<br>不能作为独立主入口]
    
    D -- Base --> F[3. 进入 RenderCameraStack]
    
    F -.-> G[3.1 执行 RenderSingleCamera<br>渲染 Base 摄像机本身]
    G -.-> H[3.2 遍历 Base 相机的 cameraStack]
    H -.-> I[3.3 依次执行 RenderSingleCamera<br>渲染叠加的 Overlay 摄像机]

以上为在 RenderSingleCamera 之前的相机排序过程

graph TD
    A[RenderSingleCamera] --> B(① renderer.AddRenderPasses)
    A --> C(② renderer.Setup)
    A --> D(③ renderer.Execute)
    
    B -.-> B1[Feature.AddRenderPasses]
    B1 -.-> B2[① 声明需求 ConfigureInput<br>② 占位入队 EnqueuePass<br>状态: 拿着假Target]
    
    C -.-> C1[遍历队列查需求 pass.input]
    C1 -.-> C2[根据需求分配真实 RenderTarget]
    C2 -.-> C3[官方基础 Pass 入队]
    C3 -.-> C4[Feature.SetupRenderPasses]
    C4 -.-> C5[拿到真实Target, 替换Pass中的假Target]
    
    D -.-> D1[SortStable: 按 Event 全局排序]
    D1 -.-> D2[Block 归纳: 划定 startIndex 与 endIndex]
    D2 -.-> D3[调用所有 Pass 的 Configure]
    D3 -.-> D4[按 Block 顺序执行]
    D4 -.-> D5[Block 内循环: 懒设置 SetRenderTarget]
    D5 -.-> D6[调用 pass.Execute]

以上为在 RenderSingleCamera 之后的 URP 的渲染过程