Unity渲染路径

在前面的所有实践中，我们的场景中都仅有一个光源且光源类型是平行光。但在实际的游戏开发过程中，往往需要处理数目更多，类型更复杂的光源。更重要的是，我们需要得到阴影。

那么Unity 的底层渲染引擎是如何处理光源的呢？那我们就有必要先了解一下Unity的渲染路径。因为渲染路径决定了光照是如何应用到UnityShader中的。只有为Shader正确地选择和设置了需要的渲染路径，该Shader的光照计算才能被正确执行。

Unity提供了多个内置的渲染路径，他们是根据Graphics Settings 或者Camera的设置，而Camera可以覆盖Graphics Settings。默认情况下，该设置选择的是前向渲染路径（Forward）。

但有时对于具体的场景来说，不同的物体对象需要使用不同的渲染路径，因此Camera内的渲染路径设置对GraphicSetting的覆盖就可以完美的解决这个问题。

需要注意的是，如果当前的显卡并不支持所选择的渲染路径，Unity会自动使用更低一级的渲染路径。完成上面的设置后，我们就可以在每个Pass中使用标签来指定该Pass的渲染路径，具体语法是通过设置标签LightMode来实现。

接下来，列举一下Unity提供的各种渲染路径和它们的特点。

名称	中文名称	描述
Deffered Shading	延迟渲染路径	具有最高光照和阴影保真度的渲染路径，最适合于具有许多实时光源的情况。它需要一定水平的硬件支持。
Forward Shading	前向渲染路径	前向渲染是传统的渲染路径。它支持所有典型的Unity图形功能（法线贴图（normal maps），逐像素光源(pixel lights)，阴影(shadows)等）。但是，在默认设置下，逐像素光照模式下仅渲染少数最亮的光源。其余的灯光是在对象顶点(object vertices)或每个对象(per-object)处计算的。
Legacy Deferred（light prepass）	旧版延迟渲染	旧版Deferred Shading，类似于Deferred Shading，只是使用了一种具有不同权衡的技术。它不支持基于Unity 5物理的标准着色器(standard shader)。
Legacy Vertex Lit	旧版顶点光照渲染	旧版Vertex Lit，具有最低光照保真度且不支持实时阴影的渲染路径。它其实是正向渲染（Forward Shading）路径的子集。

注意：使用正交投影时，不支持延迟渲染。如果照相机的投影模式设置为“正交”，则这些值将被覆盖，并且照相机将始终使用前向渲染。

更具体的比较，引用UnityManual给出的表格：

Name	Deferred	Forward	Legacy Deferred	Vertex Lit
Per-pixel lighting (normal maps, light cookies)	Yes	Yes	Yes	-
Realtime shadows	Yes	With caveats	Yes	-
Reflection Probes	Yes	Yes	-	-
Depth&Normals Buffers	Yes	Additional render passes	Yes	-
Soft Particles	Yes	-	Yes	-
Semitransparent objects	-	Yes	-	Yes
Anti-Aliasing	-	Yes	-	Yes
Light Culling Masks	Limited	Yes	Limited	Yes
Lighting Fidelity	All per-pixel	Some per-pixel	All per-pixel	All per-vertex
Performance
Cost of a per-pixel Light	Number of pixels it illuminates	Number of pixels * Number of objects it illuminates	Number of pixels it illuminates	-
Number of times objects are normally rendered	1	Number of per-pixel lights	2	1
Overhead for simple scenes	High	None	Medium	None
Platform Support
PC (Windows/Mac)	Shader Model 3.0+ & MRT	All	Shader Model 3.0+	All
Mobile (iOS/Android)	OpenGL ES 3.0 & MRT, Metal (on devices with A8 or later SoC)	All	OpenGL ES 2.0	All
Consoles	XB1, PS4	All	XB1, PS4, 360	-

在实际应用中选择哪一种渲染路径，主要根据灯光的数量和平台来决定。

在上面的篇幅中已经提到过，渲染路径的使用是通过设置Pass内的Tag来实现的。LightMode用来定义该Pass在光照管道中的角色，其语法类似键值对：

Tags { "TagName1" = "Value1" "TagName2" = "Value2" }

指定TagName1具有Value1，TagName2具有Value2。您可以根据需要拥有任意数量的标签。

通常有以下类别：

Always:无论使用哪种渲染路径，该Pass总是会被渲染，但不会计算任何光照
ForwardBase: 用于前向渲染。该Pass会计算环境光、最重要的平行光、逐顶点/SH光源和光照贴图（Lightmaps）
ForwardAdd: 用于前向渲染。该Pass会计算额外的逐像素光源，每个Pass对应一个光源
Deferred: 用于延迟渲染。该Pass会渲染G-缓冲（G-buffer）
ShadowCaster: 将物体的深度信息渲染到阴影贴图（shadowmap）或者深度纹理中
MotionVectors: 用于计算每个对象的运动矢量
PrepassBase: 在旧版延迟渲染（legacy Deferred Lighting）中使用，该Pass将渲染法线和高光反射的指数部分
PrepassFinal: 在旧版延迟渲染（legacy Deferred Lighting）中使用，该Pass将通过组合纹理，光照和自发光来渲染得到最后的颜色。
Vertex: 当对象没有进行光照映射（lightmap）时，在旧版顶点光照（legacy Vertex Lit rendering）中使用；所有的顶点光都将被应用到。
VertexLMRGBM: 当对象被光照时，在旧版顶点光照（legacy Vertex Lit rendering）中使用；在光照映射（lightmap）是RGBM编码（一般是PC和控制台场景中）时使用
VertexLM: 当对象被光照时，在旧版顶点光照（legacy Vertex Lit rendering）中使用；在光照映射（lightmap）是双LDR编码（一般是移动平台场景中）时使用

后续章节，将详细的介绍延迟渲染和前向渲染的原理和在Unity中的使用

Nov 18, 2019 • Wonder