时间:2023/9/17来源:本站原创作者:佚名
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一切始于光照。Unity构建了高清渲染管线(HDRP),帮助实现创作者的愿景,同时利用高端PC或主机硬件达到全新水平的图形现实主义。本指南旨在指导现有的Unity美术和开发人员探索HDRP基于物理的照明技术。

HDRP代表Unity在实时渲染技术领域的进步,允许用户使用如同现实世界的光照效果。你想用自然阳光渲染郁郁葱葱的雨林景观?还是遍布霓虹灯的大城市混凝土丛林?借助HDRP,你可以用摄影师的画笔绘制场景关卡,将玩家从熟悉空间带到奇幻世界。

HDRP光照概述

HDRP可利用各种功能扩展Unity现有的照明系统,使场景渲染更接近真实世界的照明:

物理照明单位和曝光:HDRP使用真实世界的光照强度和单位。匹配已知光源的规格,并使用物理摄像机设置曝光。

高级光照:利用聚光灯和区域灯的附加形状选项控制灯光位置。使用光照层限制灯光对特定网格的影响。应用实时效果,如屏幕空间全局照明和屏幕空间折射。

天空景色:使用不同技术生成自然的天空。使用基于物理的天空系统程式化地模拟行星大气层,或将HDRI用作立方体贴图纹理。

雾:用雾为场景添加深度和维度。使体积插件能够集成雾效果和前景对象,并渲染电影光束效果。保持对每个光源的体积光和阴影控制,并使用局部体积雾组件和3D遮罩纹理精确控制雾密度。

体积系统:HDRP包含一个直观系统,让您可以根据摄像机位置或优先级禁用不同光照效果和设置。分层和混合体积允许对场景的每一平方进行专家级控制。

后处理:HDRP后处理由基于现有体积系统的一系列体积覆盖进行控制。可添加边缘柔化、色调映射、色彩分级、泛光、景深以及一系列其他效果。

高级阴影:HDRP提供针对阴影的高级美工和性能控制。可修改其色调、过滤、分辨率、内存预算和更新模式。使用接触阴影和微阴影突出小细节和额外的深度。

高级反射:反射表面可使用多项技术进行渲染。反射探针提供传统的反射映射方法,其中平面反射探针提供更多适用于平面的高级选项。屏幕空间反射(SSR)增加了一种使用深度缓冲区的实时技术。

可扩展性:HDRP是基于Unity的可编程渲染管线构建的。经验丰富的技术美工和图形程序员可以拓展管道,甚至使其超出现有用途。

HDRP场景示例

UnityHub中提供的3D场景示例是一个模板项目,可帮助您开始使用HDRP和基于物理的照明。这个轻量级项目不到兆,并且提供了一个HDRP工作范例,您可以随时快速加载以便参考。

我们将在本指南中使用该项目演示HDRP的许多功能。

3D场景示例环境线框

这个小型的多房间环境展示了采用不同照明设置的3个不同区域。代表太阳的定向光源具有10万勒克斯的现实世界光强,每个位置都会校正摄像机的曝光,以匹配照明环境。

使用WASD按键和鼠标驱动FPS控制器在关卡中移动。

3D场景示例由3个房间组成

图片房间1为圆形平台,采用头顶阳光照明。贴花会在水泥地板上增加污垢和水洼。

图片房间2增加了来自天窗的体积光束,以及玻璃橱内使用先进材料制成的树木。

图片房间3展示了室内人工照明和发光材料。

场景示例为展示HDRP功能的轻量级项目

如欲深入了解HDRP3D场景示例,请查看《UnityHDRP新模板精讲,初学者也可以打造高保真画质内容》文章,该文章对场景模板进行了详细说明。大家也可以观看由Unity大中华区平台技术总监杨栋制作的讲解视频《Unity.2-HDRP最新模板项目(全方位讲解)》。

更多HDRP内容示例

当您了解了HDRP3D场景示例后,您可能会发现其他一些项目对您也有所帮助。

虽然最初不是用于游戏目的,但汽车展示厅项目使用逼真的照明展示了高度细节化的车辆。您可以在交互式演示中改变展台灯光、汽车油漆材料和背景。这个项目可通过UnityHub获得。

汽车展示厅模板

飞船演示主要展示视觉特效图,但它也采用了许多科幻环境中的HDRP功能。您可以从Unity的Plastic中下载。

飞船演示

如果您通过VR使用HDRP,则可以体验虚拟现实炼金术师实验室。该项目展示了小型中世纪实验室中的交互效果。

虚拟现实炼金术师实验室演示

如欲学习如何制作电影或动画电影,则使用我们的电影工作室示例,它展示了如何设置和照亮镜头的有趣短片Mich-L,该短片混合了风格化和照片级渲染。

电影工作室示例

当您了解了高清渲染管线时,欢迎探索其他项目。

项目设置

您可以在项目设置(ProjectSettings)(编辑项目设置(EditPorjectSettings))中的图形(Graphics)、HDRP默认设置(HDRPDefaultSettings)和质量(Quality)下找到一些基本设置。

注:HDRP默认设置(HDRPDefaultSettings)在Unity.2/HDRP12及以上版本中称为HDRP全局设置。

项目设置

图形设置

顶部字段脚本渲染管道设置(ScriptableRenderPipelineSettings)表示磁盘上存储所有HDRP设置的文件。

每个项目可以由多个此类管道资源。可以将每个资源视为单独的配置文件。例如:您可以用它们来存储不同目标平台(Xbox、PlayStation等)的专门设置,或者它们也可以代表玩家可以在运行时切换的不同视觉质量水平。

3D场景示例从设置(Settings)文件夹的几个管道资源开始:HDRPHighQuality、HDRPLowQuality和HDRPMediumQuality。还有一个HDRPDefaultResources文件夹,包含DefaultHDRPAsset。

3D场景示例包括低、中和高品质管道资源

质量设置

质量设置(QualitySettings)允许您将其中一个管道资源与预定义的质量水平相对应。选择顶部的水平(Level),以激活特定渲染管道资源(RenderPipelineAsset),如渲染(Rendering)选项中所示。

选择顶部的质量水平以激活管道资源

您可以自定义默认值或创建额外的质量水平,每个质量水平都与额外的管道资源配对。

质量水平代表管道中激活的一组特定视觉功能。例如:您可以在应用中创建多个图形层级。在运行时,玩家可以根据硬件选择活动质量水平。

在质量/HDRP子项中编辑实际的管道设置。您还可以在项目(Project)视图中选择管道资源(PipelineAsset),然后在检查器(Inspector)中编辑设置。

编辑管道资源

HDRP优化

请注意,在管道资源(PipelineAsset)中启用越多功能,消耗的资源就越多。一般来说,优化您的项目,以便只使用您实现预期效果所需的功能。如果您不需要某个功能,则可以将其关闭,以提高性能,节省资源。

下面介绍了一些典型功能,如果无需使用,可以禁用:

图片HDRP资源中:贴花、低分辨率透明度、透明背面/深度预传递/深度后传递、SSAO、SSR、接触阴影、体积插件、次表面散射和变形

图片在摄像机帧设置(主摄像机、用于集成效果(如反射)的摄像机或用于自定义效果的附加摄像机)中:折射、后处理、后处理之后、传输、反射探针、平面反射探针和大型拼贴预传递

HDRP默认设置

HDRP默认设置(HDRPDefaultSettings)部分(在Unity.2/HDRP12中称为HDRP全局设置)可决定启动项目时所启用功能的基准配置。您可根据摄像机位置和/或优先级使用局部设置覆盖这些设置(参见下面的体积)。

全局设置保存在顶部字段中定义的单独管道资源中。在这里设置默认的渲染和后处理选项。

启用HDRP功能

在开发项目时,您可能需要返回HDRP默认设置(HDRPDefaultSettings),以打开或关闭特定功能。除非明确启用了默认配置中的相应复选框,否则某些功能不会出现。请注意,某些设置出现在体积配置文件中,而一些功能则出现在帧设置中,具体取决于用途。

在熟悉HDRP功能集时,使用项目设置(ProjectSettings)中右上角的搜索字段。这样只会对您显示与高亮显示的搜索术语相关的面板。

搜索HDRP功能

启用HDRP默认设置(HDRPDefaultSettings)中的功能并不能保证激活该功能。为进行验证,您还必须找到当前选择为质量水平的管道资源。同时,勾选相应的选项。HDRP功能必须在全局和局部设置中启用才能正常运行。

前向渲染与延迟渲染

在管道资源中配置HDRP设置时,通常从渲染(Rendering)下的光照着色器模式(LitShaderMode)开始。您可以选择延迟(Deferred)、前向(Forward)或两者(Both)。这些代表渲染路径,即与管道渲染和照亮几何体方式相关的一系列具体操作。

修改HDRP默认设置

自定义渲染路径

在光照着色器模式(LitShaderMode)中选择前向(Forward)或延迟(Deferred)来设置默认的渲染路径。

HDRP比较灵活,也允许您选择两者(Both)。利用这个选项,您可以将一个渲染路径用于大多数渲染,然后在每个摄像机中覆盖该路径。然而,该方法会占用更多的GPU内存。在大多数情况下,最好选择前向或延迟。

图片若要默认影响所有摄像机,则转至HDRP默认设置(HDRPDefaultSettings),然后找到默认帧设置(DefaultFrameSettings)。默认帧设置可应用于摄像机(Camera)、烘焙(Baked)或自定义反射(CustomReflection)或者实时反射(RealtimeReflections)。在渲染(Rendering)组中,在光照着色器模式(LitShaderMode)下设置渲染路径。

图片对于特定摄像机,请勾选自定义帧设置(CustomFrameSettings),以将其覆盖。

修改摄像机的自定义帧设置

关于渲染路径的更多信息

您可能希望了解这些渲染路径的工作原理,以了解光照着色器模式将如何影响管道中的其他设置。

01前向渲染

在前向渲染中,显卡会将屏幕上的几何图形分成顶点。这些顶点进一步分解成片段或像素,然后渲染呈现到屏幕上,形成最终的图像。

每个对象都会传递至图形API,一次一个。前向渲染形成每个光照都会产生成本。您场景中的光照越多,渲染时间就越长。

前向渲染路径

前向渲染在单独的通道中绘制光照。如果有多个光照针对同一个GameObject,则可能会造成严重透支,当存在大量光照和物体时,就会减速。

并渲染多个光照。然而,这个过程的成本仍相对较高。如果性能是个问题,则您可能会希望使用延迟渲染。

02延迟渲染

HDRP还可以使用延迟渲染,其中光照不是按对象计算的。相反,延迟渲染将大量渲染推迟到后期,并使用两个通道。

延迟渲染路径

延迟渲染将光照应用于缓冲区,而不是每个对象。每个通道都有助于实现最终渲染的图像。

在第一个通道中,或G-buffer几何体通道中,Unity渲染GameObjects。该通道会检索多种几何属性,并将其存储在一组纹理中(例如:漫反射和镜面颜色、表面平滑度、光遮蔽、法线等)。

在第二个通道中,或光照通道中,Unity会在G-buffer完成后渲染场景的光照。因此,它会延迟渲染。延迟渲染路径会迭代每个像素,并根据缓冲区而非各个对象计算光照信息。

有关渲染路径之间的技术差异的更多信息,请参见HDRP文档中的“前向和延迟渲染”。


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