Unity自定义渲染管线（Scriptable Render Pipeline）架构设计与实现指南
一、SRP技术体系概述
1. 核心设计理念
-
全托管渲染控制：通过C#脚本完全掌控渲染流程
-
模块化架构：将渲染流程拆分为可组合的RenderPass
-
GPU友好设计：支持CommandBuffer与Compute Shader混合编程
- 对惹，这里有一个游戏开发交流小组，希望大家可以点击进来一起交流一下开发经验呀
2. 与传统管线对比
| 特性 | 内置管线 | SRP |
|---|---|---|
| 流程控制 | 黑盒模式 | 全脚本可编程 |
| 渲染策略 | 固定前向/延迟 | 自由组合多Pass |
| 性能优化 | 有限批处理 | 深度控制资源生命周期 |
| 跨平台支持 | 自动适配 | 需手动实现变体 |
二、核心架构设计
1. 分层架构图
graph TB
A[SRP Asset] -->|配置参数| B[RenderPipeline]
B -->|调度| C[CameraRenderer]
C -->|组织| D[RenderPass]
D -->|执行| E[CommandBuffer]
E -->|提交| F[GPU]
2. 核心组件职责
-
SRP Asset：管线全局配置（质量等级、Shader变体等）
-
RenderPipeline：主入口类，负责每帧调度
-
CameraRenderer：单相机渲染流程控制器
-
RenderPass：最小渲染单元（如阴影Pass、光照Pass）
三、基础管线实现
1. SRP Asset创建
[CreateAssetMenu(menuName = "Rendering/Custom RP")]
public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset {
public bool useDynamicBatching = true;
public bool useGPUInstancing = true;
protected override RenderPipeline CreatePipeline() {
return new CustomRenderPipeline(this);
}
}
2. 主渲染管线类
public class CustomRenderPipeline : RenderPipeline {
private CameraRenderer renderer = new CameraRenderer();
private bool useDynamicBatching;
private bool useGPUInstancing;
public CustomRenderPipeline(CustomRenderPipelineAsset asset) {
useDynamicBatching = asset.useDynamicBatching;
useGPUInstancing = asset.useGPUInstancing;
}
protected override void Render(
ScriptableRenderContext context,
Camera[] cameras
) {
foreach (var camera in cameras) {
renderer.Render(context, camera, useDynamicBatching, useGPUInstancing);
}
}
}
3. 相机渲染器
public class CameraRenderer {
static ShaderTagId unlitShaderTagId = new ShaderTagId("SRPDefaultUnlit");
public void Render(
ScriptableRenderContext context,
Camera camera,
bool useDynamicBatching,
bool useGPUInstancing
) {
// 设置相机矩阵
context.SetupCameraProperties(camera);
// 清除渲染目标
var cmd = new CommandBuffer { name = camera.name };
cmd.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear);
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
cmd.Clear();
// 物体排序与绘制
var sortingSettings = new SortingSettings(camera) {
criteria = SortingCriteria.CommonOpaque
};
var drawingSettings = new DrawingSettings(
unlitShaderTagId,
sortingSettings
) {
enableDynamicBatching = useDynamicBatching,
enableInstancing = useGPUInstancing
};
// 执行绘制
var filterSettings = new FilteringSettings(RenderQueueRange.opaque);
context.DrawRenderers(
cullingResults, ref drawingSettings, ref filterSettings
);
context.Submit();
}
}
四、高级渲染功能实现
1. 多Pass渲染架构
public class LightingPass : ScriptableRenderPass {
public override void Configure(
CommandBuffer cmd,
RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor
) {
// 创建临时RT
cmd.GetTemporaryRT(
Shader.PropertyToID("_LightBuffer"),
1024, 1024, 24, FilterMode.Bilinear
);
}
public override void Execute(
ScriptableRenderContext context,
ref RenderingData renderingData
) {
// 绘制光照几何体
cmd.DrawMesh(lightMesh, matrix, lightMaterial);
context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
}
public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd) {
// 释放临时RT
cmd.ReleaseTemporaryRT(Shader.PropertyToID("_LightBuffer"));
}
}
2. 延迟渲染路径实现
G-Buffer生成Shader
struct GBufferOutput {
float4 albedo : SV_Target0; // RGB:BaseColor, A:Smoothness
float4 normal : SV_Target1; // RGB:WorldNormal, A:Metallic
float4 emission : SV_Target2; // RGB:Emission, A:Occlusion
};
GBufferOutput FragGBuffer(Varyings input) {
GBufferOutput output;
// 采样材质属性...
output.albedo = float4(baseColor, smoothness);
output.normal = float4(normalWS * 0.5 + 0.5, metallic);
output.emission = float4(emission, occlusion);
return output;
}
光照计算Pass
public class DeferredLightingPass : ScriptableRenderPass {
private Material lightingMat;
public override void Execute(...) {
// 设置G-Buffer纹理
cmd.SetGlobalTexture("_AlbedoBuffer", albedoRT);
cmd.SetGlobalTexture("_NormalBuffer", normalRT);
// 全屏四边形绘制光照
cmd.DrawProcedural(
Matrix4x4.identity, lightingMat, 0,
MeshTopology.Triangles, 3, 1
);
}
}
五、性能优化技术
1. SRP Batcher优化
// Shader中声明PerObject数据 CBUFFER_START(UnityPerMaterial) float4 _BaseColor; float _Metallic; CBUFFER_END // C#端启用SRP Batcher GraphicsSettings.useScriptableRenderPipelineBatching = true;
2. GPU Driven Rendering
ComputeBuffer argsBuffer = new ComputeBuffer(
5, sizeof(uint), ComputeBufferType.IndirectArguments
);
// 通过Compute Shader生成绘制参数
computeShader.Dispatch(kernel, groupCount, 1, 1);
// 间接绘制
cmd.DrawMeshInstancedIndirect(
mesh, 0, material, bounds, argsBuffer
);
3. 多线程渲染支持
// 创建并行上下文
var renderThread = new RenderThread();
renderThread.Start();
// 提交渲染任务
renderThread.Schedule(() => {
context.SetupCameraProperties(camera);
context.DrawRenderers(...);
context.Submit();
});
六、实战案例：卡通渲染管线
1. 架构设计
| 功能模块 | 技术方案 |
|---|---|
| 轮廓描边 | 法线扩展+深度检测 |
| 色阶着色 | 颜色量化+LUT映射 |
| 高光处理 | 各向异性高光模型 |
2. 关键Shader代码
// 轮廓Pass
Pass {
Cull Front
HLSLPROGRAM
float _OutlineWidth;
Varyings VertOutline(Varyings input) {
float3 normal = input.normal * _OutlineWidth;
input.positionOS += normal;
return input;
}
ENDHLSL
}
// 色阶处理
float3 QuantizeColor(float3 color) {
float levels = 3.0;
return floor(color * levels) / levels;
}
七、调试与优化工具
1. 帧调试器扩展
[MenuItem("Custom RP/Debug/Show Light Count")]
static void ToggleLightCountDebug() {
Shader.EnableKeyword("_DEBUG_LIGHT_COUNT");
}
2. 性能分析标记
using (new ProfilingScope(cmd,
new ProfilingSampler("Lighting Pass")))
{
// 光照计算代码...
}
八、完整项目参考
Unlit渲染管线全流程详解
通过自定义渲染管线，开发者可突破Unity默认渲染的限制，实现从移动端到主机的全平台优化方案。核心在于：1) 合理设计RenderPass执行顺序；2) 利用CommandBuffer精细控制GPU资源；3) 结合Compute Shader实现GPU Driven架构。建议将常用渲染功能（如阴影、后处理）模块化封装，便于不同项目间复用。