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【渲染流水线】[几何阶段]-[图元装配]以UnityURP为例

news 2025/8/11 17:04:50

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

前情提要

【渲染流水线】主线索引-从数据到图像以UnityURP为例-CSDN博客

图元装配负责将离散顶点组装成完整几何图元（如点、线、三角形、三角形条带）

（对渲染的探索是个持续不断完善的过程，记录这个过程将零散的内容整理起来，其中肯定会有理解偏差和问题，如果哪里有问题，欢迎在评论区探讨和指出）

输入数据‌

接收‌顶点着色器输出的离散顶点数据‌，包括：

变换后的空间坐标（如裁剪空间位置）
顶点属性（颜色、法线、纹理坐标等

输出数据‌

生成‌完整几何图元‌（Primitive），例如：

三角形（GL_TRIANGLES）
线段（GL_LINES）
点（GL_POINTS）‌

在Unity中，图元装配的实现

主要通过‌**网格拓扑（Mesh Topology）‌和‌索引缓冲区（Index Buffer）**‌完成。

顶点分组模式‌

‌索引分组模式‌通过索引数组（如Mesh.triangles或Mesh.GetIndices()）定义顶点连接顺序，每个索引指向顶点缓冲区中的位置，按预设拓扑规则分组‌。例如：
```
text
索引数组 [0,1,2,3,4,5]
三角形拓扑 → 分组为△(0,1,2)和△(3,4,5)
```
‌顺序分组模式‌无索引时直接按顶点提交顺序分组（如连续3顶点构成一个三角形）‌。

‌Unity支持的图元类型‌

‌图元类型‌	‌描述‌
三角形（`Triangles`）	每3个独立顶点构成一个三角形，默认用于3D模型渲染‌。
三角形条带（`TriangleStrip`）	复用前2顶点与当前顶点生成新三角形，减少顶点重复提交‌。
四边形（`Quads`）	每4顶点构成一个四边形（实际渲染时拆分为2个三角形）。
线段（`Lines`）	每2顶点构成一条线段，用于线框渲染‌。
点（`Points`）	每个顶点独立渲染为屏幕上的点‌。

‌拓扑连接规则‌

‌缠绕顺序（Winding Order）‌Unity默认使用‌顺时针顺序‌判定三角形正面，逆时针面会被剔除‌。例如：
- 顶点顺序(v1,v2,v3)为顺时针 → 可见
- 顺序(v1,v3,v2)为逆时针 → 剔除‌。
‌共享顶点优化‌索引数组可复用顶点（如[0,1,2,1,2,3]生成两个共享边(1,2)的三角形）。

‌关键实现接口‌

‌设置拓扑类型‌通过MeshTopology枚举指定图元类型（如MeshTopology.Triangles）‌。
‌索引缓冲区操作‌
- Mesh.SetIndices()：自定义索引分组规则
- Mesh.triangles：直接设置三角形索引（旧API，效率较低）‌

URP中对图元装配的调用位置与示例

在Unity URP (Universal Render Pipeline) 中，几何阶段的图元装配是由底层渲染管线自动处理的，主要通过ScriptableRenderContext和CommandBuffer系统完成。

‌核心类与调用流程‌

‌UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera‌入口点，通过ScriptableRenderContext提交绘制命令
‌ScriptableRenderContext.DrawRenderers‌触发几何处理，最终调用底层图形API (如OpenGL/D3D)
‌CommandBuffer.DrawProcedural‌直接控制图元装配（手动模式）

图元装配示例代码‌

以下是不同图元类型的装配方式示例：

三角形 (Triangles)‌

csharp
// 通过MeshFilter自动装配var meshFilter = GetComponent<MeshFilter>();
Graphics.DrawMesh(meshFilter.sharedMesh, transform.position, transform.rotation, material, 0);

三角形带 (Triangle Strip)‌

csharp
// 手动通过CommandBuffer装配
CommandBuffer cmd = new CommandBuffer();
cmd.DrawProcedural(Matrix4x4.identity,material,0,MeshTopology.TriangleStrip,vertexCount: 4// 需要至少4个顶点形成2个三角形
);
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);

四边形 (Quads)‌

csharp
// URP中四边形会被拆分为三角形处理
Mesh quadMesh = new Mesh();
quadMesh.vertices = new Vector3[] {/* 4个顶点 */ };
quadMesh.SetIndices(new int[] {0,1,2, 0,2,3}, MeshTopology.Triangles, 0);
Graphics.DrawMesh(quadMesh, Matrix4x4.identity, material, 0);

线段 (Lines)‌

csharp
// 使用GL.LINES或LineRenderer组件
CommandBuffer cmd = new CommandBuffer();
cmd.DrawProcedural(Matrix4x4.identity,lineMaterial,0,MeshTopology.Lines,vertexCount: 2
);

点 (Points)‌

csharp
// 使用MeshTopology.Points
CommandBuffer cmd = new CommandBuffer();
cmd.DrawProcedural(Matrix4x4.identity,pointMaterial,0,MeshTopology.Points,vertexCount: 1
);

底层实现位置‌

‌URP源码关键文件‌:UniversalRenderPipelineCore.cs → ExecuteRenderPass方法ScriptableRenderer.cs → EnqueuePass提交绘制命令
‌Shader支持‌:在Shader中需声明正确的#pragma target和几何着色器（如需要）