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Unity中的渲染管线

news 2025/9/21 13:08:30

Unity中的渲染管线负责将3D场景转换为2D图像，其核心流程和应用各有特点。下面我会为你梳理Unity中三种主流渲染管线的对比、渲染管线的核心工作流程，以及如何查看当前项目使用的渲染管线。

🎯 Unity三种主流渲染管线对比

Unity中的三种主流渲染管线各有其定位和特点，我用一个表格来帮你更直观地对比和选择：

特性维度	内置渲染管线 (Built-in)	通用渲染管线 (URP)	高清渲染管线 (HDRP)
发布年份/版本	Unity早期版本	原LWRP，2019.3版本正式更名为URP 6	与URP同期推出
官方定位	稳定、通用	轻量、高性能、跨平台 10	高保真图形、PC/主机高端平台 10
适用平台	所有主流平台	移动设备、低端PC、VR/AR 10	PC（Windows/Mac）、高性能主机（PS5/Xbox Series X）10
性能特点	稳定，但效率优化空间有限	高性能、低功耗、支持SRP Batcher 10	高硬件要求，追求极致画质而非性能 10
光源处理	前向渲染：每物体受最多4个逐顶点光源影响 7	优化多光源处理，假定主光源是平行光、限定附加光源数量，尝试在一个Pass内完成计算 10	基于物理的光照，支持大量动态光源和复杂光照效果 10
图形质量	基础	中等，支持一些基于物理的渲染特性	电影级、照片级真实感，支持高级体积光、区域光照、光线追踪等 10
Shader编写	支持Fixed Function、Surface、Vertex/Fragment Shader 1	Shader Graph可视化编写 6，也支持传统CG/HLSL编写（需适配URP）	Shader Graph或复杂HLSL/CG，支持最新硬件特性
学习与使用成本	低	中	高
典型应用场景	2D游戏、简单3D、原型开发、对特定Unity版本有依赖的项目	手机游戏、独立游戏、VR/AR应用、需要跨平台且图形效果适中的项目 10	3A级游戏、建筑可视化、汽车渲染、高端模拟训练 10

💡 如何选择：

如果你的项目目标是移动平台或需要广泛的设备兼容性，URP通常是明智的选择10。
如果你的项目是针对PC或主机平台，并且追求极致的图形保真度，HDRP能提供强大的能力10。
内置渲染管线目前主要适用于维护旧项目或一些特殊需求10。

🔍 渲染管线的核心工作流程

Unity中的渲染管线负责将游戏场景中的3D对象转换为最终屏幕上显示的2D图像。这个过程可以被概念性地分为三个主要阶段，下图概括了这一流程：

图表

代码

应用阶段 (Application Stage) [由CPU负责]
应用阶段在CPU上进行，主要为渲染做准备2。其主要任务包括：
- 准备场景数据：如摄像机位置、视锥体、模型和光源信息等2。
- 粗粒度剔除 (Culling)：通常会将视锥体外的不可见物体剔除，避免不必要的渲染2。
- 设置渲染状态：指定每个模型使用的材质、纹理、Shader等，定义物体如何被绘制2。
- 输出渲染图元 (Render Primitive) 并提交DrawCall：将处理好的几何信息（如顶点位置、法线、UV等）传递给GPU。DrawCall是CPU请求GPU绘制一个图元（如三角形）的命令25。DrawCall过多是造成CPU性能瓶颈的常见原因，通常可通过合批 (Batching) 或使用 GPU Instancing 等技术来优化2。
几何阶段 (Geometry Stage) [由GPU负责]
几何阶段在GPU上进行，主要负责与几何相关的变换和计算2。其核心步骤包括：
- 顶点着色器 (Vertex Shader)：这是可编程渲染管线中可编程的部分。每个顶点都会执行一次顶点着色器，负责进行坐标变换（如模型矩阵、视图矩阵、投影矩阵，即MVP变换）和基础的光照计算（如逐顶点光照）45。
- 裁剪 (Clipping)：将完全在视锥体外的图元丢弃，部分在外的进行裁剪2。
- 屏幕映射 (Screen Mapping)：将坐标从裁剪空间转换到屏幕空间2。
  此阶段最终输出屏幕空间的二维顶点坐标、深度值及着色等信息2。
光栅化阶段 (Rasterization Stage) [由GPU负责]
光栅化阶段决定几何阶段传来的图元最终覆盖了屏幕上的哪些像素，并为这些像素计算颜色2。
- 三角形设置与遍历 (Triangle Setup & Traversal)：确定哪些像素被三角形覆盖，并为这些像素生成片元 (Fragment)2。
- 片元着色器 (Fragment Shader) 或 像素着色器 (Pixel Shader)：这是可编程渲染管线中另一个可编程的部分。每个片元都会执行一次片元着色器，其主要工作是进行纹理采样、复杂的逐像素光照计算（如法线贴图、高光反射）并输出最终的片元颜色4。
- 逐片元操作 (Per-Fragment Operations)：片元着色器输出的颜色并不会直接成为屏幕像素。还需经过一系列测试与混合：
  - 深度测试 (Depth Test)：比较片元的深度值与深度缓冲区中当前的值，丢弃被遮挡的片元，解决 visibility 问题。
  - 模板测试 (Stencil Test)：根据模板缓冲区的值决定是否丢弃片元，用于实现特殊效果如遮罩、轮廓等。
  - 混合 (Blending)：将当前片元的颜色与帧缓冲区中已有的颜色根据Alpha值进行混合，用于渲染透明或半透明物体2。
    通过所有测试的片元颜色最终会写入帧缓冲区 (Framebuffer)，随后显示到屏幕上2。

🔎 查看当前使用的渲染管线

在Unity编辑器中，你可以通过以下步骤快速查看当前项目正在使用的渲染管线：

依次点击菜单栏的 Edit -> Project Settings，打开项目设置窗口。
在项目设置窗口的左侧列表中，选择 Graphics 选项卡。
在Graphics设置中，找到 Scriptable Render Pipeline Settings 字段。
- 如果该字段为 空（None），则表示你的项目当前使用的是内置渲染管线 (Built-in Render Pipeline)36。
- 如果该字段引用了 UniversalRP-Asset（或类似名称）的资产，则表示你正在使用通用渲染管线 (URP)。
- 如果该字段引用了 HDRP-Asset（或类似名称）的资产，则表示你正在使用高清渲染管线 (HDRP)。

你还可以通过检查项目中的Package Manager（窗口 -> Package Manager），查看已安装的包列表中来确认是否安装了URP或HDRP包。

情况一：从内置管线切换到 URP（最常见）

这是最常用的切换场景，适用于移动端、PC独立游戏或VR项目。

步骤 1：安装 URP 包

打开 Package Manager (菜单栏 -> Window -> Package Manager)。
在上方的下拉菜单中，将 Packages: 从 In Project 切换到 Unity Registry。
在列表中找到 Universal RP (你可以使用搜索框)。
选择它并点击右下角的 Install。

步骤 2：创建 URP 资源 (Asset)

在 Project 窗口右键点击。
选择 Create -> Rendering -> Universal Render Pipeline -> Pipeline Asset (和可选的 Renderer Asset)。
- 通常只需创建一个 Pipeline Asset（例如命名为 UniversalRP_Asset），它会自动关联一个默认的 Renderer。

步骤 3：分配 URP 资源到图形设置

打开 Project Settings (Edit -> Project Settings)。
选择 Graphics 选项卡。
将你刚刚创建的 UniversalRP_Asset 拖拽到 Scriptable Render Pipeline Settings 字段中。
立即生效：当你完成这一步时，Unity编辑器会重新编译着色器并刷新场景。你会立刻注意到光照和阴影的变化，这表明你已成功切换到URP。

步骤 4（至关重要）：转换现有材质

内置管线的标准着色器 (Standard Shader) 与URP不兼容。如果你的场景中使用了大量内置材质，它们会变成洋红色(Magenta)，表示缺少正确的着色器。

在Project窗口中，找到你创建的 UniversalRP_Asset 并选中它。
在它的 Inspector 窗口中，找到 Advanced 部分。
点击 Upgrade Project Materials to UniversalRP Materials 按钮。
- 注意：强烈建议在执行此操作前对项目进行备份！ 此操作会批量修改场景和项目中的材质，将其使用的着色器替换为URP兼容的着色器（如 Universal Render Pipeline/Lit）。

情况二：从内置管线切换到 HDRP

适用于追求高端图形保真度的PC或主机项目。

步骤 1：安装 HDRP 包

在 Package Manager 中，从 Unity Registry 列表中找到并安装 High Definition RP 包。

步骤 2：创建 HDRP 资源并分配

在 Project 窗口右键点击，选择 Create -> Rendering -> High Definition Render Pipeline Asset -> HDRP Pipeline Asset。
打开 Graphics 设置，将创建的HDRP资源（例如 HDRP_Asset）拖入 Scriptable Render Pipeline Settings 字段。

步骤 3：切换项目模式

HDRP要求项目使用线性颜色空间 (Linear Color Space)。

打开 Project Settings -> Player。
在 Other Settings 部分，找到 Rendering 下的 Color Space。
确保其设置为 Linear。（如果之前是Gamma，切换后需要重新光照烘焙）。

步骤 4：转换材质

同样，选中你的 HDRP_Asset。
在Inspector窗口中通常会提供升级项目材质的选项，例如 Fix All 按钮来批量修复材质。

情况三：在 URP 和 HDRP 之间相互切换

卸载当前SRP包：在 Package Manager 中，找到已安装的URP或HDRP包，点击 Remove。
安装目标SRP包：安装你想要的URP或HDRP包。
更换设置：在 Graphics 设置的 Scriptable Render Pipeline Settings 字段中，移除旧的资产，并拖入新创建的目标管线资产（URP或HDRP的Asset）。
转换和修复材质：使用新管线资产提供的工具升级材质。这可能比从内置管线切换更复杂，可能需要手动检查和重新设置一些材质。

⚠️ 重要注意事项

备份！备份！备份！ 在切换渲染管线之前，务必对整个项目进行备份。这是一个重大的架构更改，操作不可逆，很容易破坏现有的材质和光照。
后期处理 (Post Processing)：内置管线、URP和HDRP的后期处理效果实现方式完全不同。切换后，你需要删除旧的后期处理体积（Volume）并重新使用新管线的后期处理系统进行配置。
光照 (Lighting)：切换后，所有基于光照贴图 (Baked Lightmap) 的光照都需要重新烘焙。
自定义着色器 (Custom Shaders)：如果你或你使用的资源包中有为内置管线编写的自定义Shader，它们将无法工作，需要手动重写或找到对应管线版本的替代品。
测试：切换完成后，请务必在各个场景中进行全面测试，检查材质、光照、特效和UI显示是否正常。