[游戏开发](CatlikeCoding)SRP自定义脚本渲染管线学习(一)

这是个人学习笔记，有错欢迎指出
参考学习：Custom Render Pipeline by catlikecoding

新的渲染管线

1.要渲染任何东西，Unity必须知道绘制的形状、什么时候渲染、在哪里渲染还有相关的设置，还有一些灯光、阴影、透明度、图片的效果、volumetric effects(体积效果)
2.Unity2018出了实验性的the Lightweight RP and the High Definition RP.
3.Unity 2019 出了通用渲染管线 the Universal RP in Unity 2019.3

The Universal RP

1.设计URP的目的： to replace the current legacy RP as the default.
2.主要思想：it is a one-size-fits-most RP that will also be fairly easy to customize. 就是可以适合大多数RP但是可以方便自定义
3.这个系列要制作一个完整的RP

创建步骤

1.基础搭建

1.1 将颜色色彩空间改为线性空间

gamma和linear的区别目前还没有弄清楚
目前的理解是：数值上的颜色变换，将数值做一个映射

1.2.在场景中添加一些物体

材质有:standard, unlit opaque and transparent materials.
Unlit/Transparent shader的UV使用材质贴图

红色的为standard，蓝色的为standard，并且把Rendering Mode设置为Transparent，绿色的shader为Unlit/Color,白色的为Unlit/Transparent

1.3 创建脚本CustomRenderPipelineAsset

在脚本中添加如下代码：

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
[CreateAssetMenu(menuName ="Rendering/Custom Render Pipeline")]
public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset
{
    protected override RenderPipeline CreatePipeline()
    {
        return null;
    }
}

1.Rendering pipeline asset的作用是：获取负责渲染的管线对象实例
2.asset本身是一个handle(句柄)和储存settings(设置)的地方
3.RenderPipeline函数返回的是 RenderPipeline的实例，目前先返回null
4.我们需要向项目中添加这种类型的资产，做法是在头部添加CreateAssetMenu

更改pipeline settings

在edit/project settings/Graphics中添加新设置的RP

目前为止：

• Graphics中的设置选项变少
• Game/Scene窗口是黑色的

1.4 Render Pipeline Instance

同样创建一个CustomRenderPipeline脚本

添加代码

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
public class CustomRenderPipeline : RenderPipeline
{
	protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)  {
	}
}

什么是ScriptableRenderContext？
官网解释：ScriptableRenderContext
主要：用于设置要提交给GPU的状态和绘制命令

之后把CustomRenderPipelineAsset的CreatePipeline()的return项改为改为

return new CustomRenderPipeline();

2.渲染

每一帧Unity都在RP实例上调用Render。它传递了一个上下文结构(context struct)，该结构提供了到本机引擎的连接，我们可以用它来渲染。它还传递一个摄像机数组，因为场景中可能有多个活动摄像机。RP的负责按照提供的顺序渲染这些摄像机

2.1 Camera Renderer

创建一个CameraRenderer脚本

每个摄像机渲染是独立的，所以新建一个脚本，再自定义一个Render的方法

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

public class CameraRenderer {
	ScriptableRenderContext context;
	Camera camera;
	public void Render (ScriptableRenderContext context, Camera camera) {
		this.context = context;
		this.camera = camera;
	}
}

在CustomRenderPipeline中创建

在CustomRenderPipeline渲染管线中，遍历ScriptableRenderContext与camera

CameraRenderer renderer = new CameraRenderer();
	protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)  {
		foreach(Camera camera in cameras)
        {
			renderer.Render(context, camera);
        }
	}

2.2 绘制天空盒

1.CameraRenderer.Render的工作是负责渲染所有摄像机视角范围内的物体，因此我们使用DrawVisibleGeometry完成这个特定的任务
2.调用context.DrawSkybox(camera);可以完成这个任务
3.还需要在最后调用context.submit来完成，因为context.DrawSkybox(camera)是缓存的。
注：在Window/Analysis/Frame Debug下查看以下窗口

CameraRenderer代码如下：

public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
	{
		this.context = context;
		this.camera = camera;
		DrawVisibleGeometry();
		Submit();
	}
	void Submit()
    {
		context.Submit();
    }
	void DrawVisibleGeometry()
    {
		context.DrawSkybox(camera);
    }

效果：终于出来了！

补一个setup
为了正确渲染天空盒：我们必须设置视图投影矩阵。这个变换矩阵结合了相机的位置和方向-视图矩阵- 和相机的透视或正投影---- 投影矩阵。它在着色器中被称为 unity _ matrixvp

	    Setup();
		DrawVisibleGeometry();
		Submit();
	}
	void Setup()
	{
		context.SetupCameraProperties(camera);
	}

2.2 Command Buffers

1.有些任务(比如绘制 skybox)可以通过专用方法发出，但其他命令必须通过单独的命令缓冲区间接发出。我们需要这样一个缓冲区来绘制场景中的其他几何图形
2.在创建新对象时，可以将代码块附加到构造函数的调用。然后就可以在块中设置对象的字段和属性，而不必显式地引用对象实例。(还未理解，这里讲的是下面代码的合理性)

//CameraRenderer
const string bufferName = "Render Camera"; 
	CommandBuffer buffer = new CommandBuffer //创建缓冲区
	{
		name = bufferName
	};

我们可以使用命令缓冲区来注入分析器示例(inject profiler samples)，这将同时显示在分析器和帧调试器中。这是通过在适当的点调用BeginSample和EndSample来完成的

void Setup()
	{
		buffer.BeginSample(bufferName); //新添加
		ExecuteBuffer(); //新添加 
		context.SetupCameraProperties(camera);
	}
	void Submit()
    {
		buffer.EndSample(bufferName);//新添加
		ExecuteBuffer();//新添加
		context.Submit();
    }
	void ExecuteBuffer()
    {
		context.ExecuteCommandBuffer(buffer);//新添加
		buffer.Clear();//新添加
    }

1.To guarantee proper rendering we have to clear the render target to get rid of its old contents.清屏操作
2.要注意这几个语句的顺序，比如：
(1)清屏之前需要设置摄像机，
(2)buffer.ClearRenderTarget要在buffer.BeginSample之前，不然会造成嵌套的重复

	void Setup()
	{
		context.SetupCameraProperties(camera);
		buffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear);
		buffer.BeginSample(bufferName);		
		ExecuteBuffer();	
	}

2.3 Culling

1.我们要剔除摄像机视角外的物体
2.要想确定哪些内容可以被剔除，我们需要跟踪多个摄像机设置和矩阵，为此我们可以使用ScriptableCullingParameters结构体
3.It returns whether the parameters could be successfully retrieved返回信息是否被成功检索
4.out是引用对象，指向参数所在的内存堆栈上的位置。当方法更改参数时，它影响的是该值，而不是副本。

    CullingResults cullingResults;	
	public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
	{
		this.context = context;
		this.camera = camera;
		if(!cull())
        {
			return;
        }
        ...
     }
	bool cull()
    {
		if(camera.TryGetCullingParameters(out ScriptableCullingParameters p))
        {
			cullingResults = context.Cull(ref p);
			return true;
        }
		return false;
    }

2.4 几何体绘制

FilteringSettings：描述如何过滤要渲染的给定可见对象集
DrawingSettings ：用哪个着色器(shaderPassName)和对可见对象排序(sortingSettings)
criteria的作用：看渲染顺序，会发现透明物体的显示有问题，这是因为目前场景中物体的渲染顺序是随机的，如果想正确显示透明物体，我们需要在所有不透明物体之后渲染。我们可以在sortingSettings的criteria属性中进行设置。

static ShaderTagId unlitShaderTagId = new ShaderTagId("SRPDefaultUnlit");//着色器标记 ID
void DrawVisibleGeometry()
    {
		var sortingSettings = new SortingSettings(camera)
		{
			criteria = SortingCriteria.CommonOpaque
		};
		var drawingSettings = new DrawingSettings(unlitShaderTagId,sortingSettings);
		var filteringSettings = new FilteringSettings(RenderQueueRange.all);
		...
 	}

2.5 Drawing Opaque and Transparent Geometry Separately(分开渲染透明和不透明的)

问题：在绘制天空盒后，透明物体看不到
原因：这是因为透明着色器不会写入深度缓冲区。它们不会隐藏身后的东西，因为我们可以看穿它们。
解决方案是先画不透明的物体，然后是天空盒，然后才是透明的物体。
调整顺序如下：

		//顺序：不透明->天空盒->透明
 		var sortingSettings = new SortingSettings(camera) { criteria = SortingCriteria.CommonOpaque };
		var drawingSettings = new DrawingSettings(unlitShaderTagId, sortingSettings);				//定义绘制选择
		var filteringSettings = new FilteringSettings(RenderQueueRange.opaque);						

		context.DrawRenderers(cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings);			
		context.DrawSkybox(camera); 
		//透明
		sortingSettings.criteria = SortingCriteria.CommonTransparent;							
		drawingSettings.sortingSettings = sortingSettings;											
		filteringSettings.renderQueueRange = RenderQueueRange.transparent;				

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

3.Editor Rendering

3.1 Drawing Legacy Shaders

1.为了覆盖所有Unity的默认着色器，我们必须为Always, ForwardBase, PrepassBase, Vertex, VertexLMRGBM和VertexLM通道使用着色器标签id。在静态数组中加入
2.绘制不支持的着色器：我们可以通过 FilteringSettings.defaultValue 属性获得默认的过滤设置

	static ShaderTagId[] legacyShaderTagIds = {
		new ShaderTagId("Always"),
		new ShaderTagId("ForwardBase"),
		new ShaderTagId("PrepassBase"),
		new ShaderTagId("Vertex"),
		new ShaderTagId("VertexLMRGBM"),
		new ShaderTagId("VertexLM")
	};
	public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
	{
		...
		Setup();
		DrawVisibleGeometry();
		DrawUnsupportedShaders();  //新加
		Submit();
		...
	}
	void DrawUnsupportedShaders()  //绘制所有不支持的着色器
	{
		var drawingSettings = new DrawingSettings(
			legacyShaderTagIds[0], new SortingSettings(camera)
		);
		for (int i = 1; i < legacyShaderTagIds.Length; i++)
		{
			drawingSettings.SetShaderPassName(i, legacyShaderTagIds[i]);
		}
		var filteringSettings = FilteringSettings.defaultValue;
		context.DrawRenderers(
			cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings //可以通过 FilteringSettings.defaultValue 属性获得默认的过滤设置
		);
	}

用标准着色器渲染的物体出现了，但它们现在是纯黑色的，因为RP还没有为它们设置所需的着色器属性

3.2 Error Material

为了清楚地指出哪些对象使用了不支持的着色器，我们将用Unity的错误着色器（Hidden/InternalErrorShader）绘制它们。用shader作为参数构造一个新的材质，我们可以通过Find.shader来找到它。使用Hidden/InternalErrorShader字符串作为参数进行查找。

static Material errorMaterial;
void DrawUnsupportedShaders()  //绘制所有不支持的着色器
	{
		if (errorMaterial == null)
		{
			errorMaterial =
				new Material(Shader.Find("Hidden/InternalErrorShader"));
		}
		var drawingSettings = new DrawingSettings(
			legacyShaderTagIds[0], new SortingSettings(camera)
		)
		{
			overrideMaterial = errorMaterial
		};
		...
	}

添加partial

1.这是一种将类(或结构)定义拆分为多个部分、存储在不同文件中的方法。
2.唯一的目的是组织代码。典型的用例是将自动生成的代码与手动编写的代码分开。就编译器而言，它们都是同一个类定义的一部分

public partial class CameraRenderer 

添加脚本CameraRenderer.Editor

把static ShaderTagId[] legacyShaderTagIds、static Material errorMaterial、DrawUnsupportedShaders() 移到新的脚本中

//注意3个partial的位置
partial class CameraRenderer
{
	partial void DrawUnsupportedShaders();
#if UNITY_EDITOR
	static ShaderTagId[] legacyShaderTagIds = {...};
	static Material errorMaterial;
	partial void DrawUnsupportedShaders() {...}  //绘制所有不支持的着色器
#endif

3.3 Drawing Gizmos

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEditor;
partial class CameraRenderer
{
	partial void DrawGizmos();
	...
#if UNITY_EDITOR
	...
	partial void DrawGizmos () {
		if (Handles.ShouldRenderGizmos()) {
			context.DrawGizmos(camera, GizmoSubset.PreImageEffects);
			context.DrawGizmos(camera, GizmoSubset.PostImageEffects);
		}
	}
	...
#endif

CameraRenderer中添加

public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
	{
		...
		Setup();
		DrawVisibleGeometry();
		DrawUnsupportedShaders();
		DrawGizmos();  //新加
		Submit();
		...
	}

3.4 Drawing Unity UI

添加UI后发现，在scene中看不到，而在game视图中看得到，UI是单独渲染的

解决方法：We have to explicitly add the UI to the world geometry when rendering for the scene window

	partial void PrepareForSceneWindow();
#if UNITY_EDITOR
	...
	partial void PrepareForSceneWindow()
	{
		if (camera.cameraType == CameraType.SceneView)
		{
			ScriptableRenderContext.EmitWorldGeometryForSceneView(camera);
		}
	}

public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
	{
		this.context = context;
		this.camera = camera;
		PrepareForSceneWindow();
		if (!cull())

4.Multiple Cameras

4.1 Two Cameras

在场景中可以有多个活动的摄像机。如果是这样的话，我们必须确保它们一起工作。

partial void PrepareBuffer ();
#if UNITY_EDITOR
	…
	partial void PrepareBuffer () {
		buffer.name = camera.name;
	}
#endif

		PrepareBuffer();
		PrepareForSceneWindow();

4.2 Dealing with Changing Buffer Names

尽管帧调试器现在在每个摄像头上显示一个单独的样本层次结构，但当我们进入游戏模式时，Unity的控制台将会被警告我们BeginSample和EndSample计数必须被匹配的消息所填满。

这一部分目前没有看懂，先复制上来等以后再分析

using UnityEngine.Profiling;
#if UNITY_EDITOR
	…
	string SampleName { get; set; }
	…	
	partial void PrepareBuffer () {
		Profiler.BeginSample("Editor Only");
		buffer.name = SampleName = camera.name;
		Profiler.EndSample();
	}
#else
	const string SampleName = bufferName;

#endif

void Setup () {
		context.SetupCameraProperties(camera);
		buffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear);
		buffer.BeginSample(SampleName);
		ExecuteBuffer();
	}

	void Submit () {
		buffer.EndSample(SampleName);
		ExecuteBuffer();
		context.Submit();
	}

4.3 Layers

摄像头也可以设置成只能看到特定层面上的东西。这是通过调整他们的culling mask来完成的。
步骤：
1.设置物体的Layer为Ignore Raycaster
2.设置Main camera的Culling Mask不包含Ignore Raycaster
3.设置Secondary camera的Culling Mask只有Ignore Raycaster
效果：game视图只有一个正方体

4.4 Clear Flags

1.我们可以通过调整第二个渲染的clear flags来结合两个相机的结果。
2.它们是由 CameraClearFlags enum 定义的，我们可以通过相机的 clearFlags 属性获取它们。
3.在清除之前在安装程序中执行此操作。

void Setup()
	{
		context.SetupCameraProperties(camera);
		CameraClearFlags flags = camera.clearFlags;
		buffer.ClearRenderTarget(flags <= CameraClearFlags.Depth, flags == CameraClearFlags.Color, flags == CameraClearFlags.Color ?
				camera.backgroundColor.linear : Color.clear);
		buffer.BeginSample(SampleName);		
		ExecuteBuffer();	
	}

感动~~第一小节完成，撒花★,°:.☆(￣▽￣)/$:.°★ 。
2021-07-23