【Unity-Shader系列】第一篇：Shader的舞台

深入理解Unity渲染管线与Shader

最新推荐文章于 2025-11-24 06:31:43 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-24 06:31:43 发布 · 483 阅读

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第一篇：渲染管线（Render Pipeline）—— Shader的舞台

核心思想

在开始写第一行Shader代码之前，你必须理解Shader是在什么样的环境中工作的。如果把最终渲染出的游戏画面比作一部电影，那么：

CPU是导演：它决定谁（哪些物体）在什么时候上场（渲染顺序）。
网格（Mesh）和贴图（Texture）是演员和道具：它们是 raw 数据。
GPU是整个摄制组：负责实际的拍摄和后期处理。
渲染管线就是详细的拍摄流程表：它严格规定了先做什么、后做什么。
Shader就是给摄制组中特定工种（如灯光师、特效师）的指令手册：它告诉GPU如何处理数据。

因此，Shader永远不是独立存在的，它只是渲染管线这个庞大流程中的一个或多个可编程环节。 你的Shader代码能做什么，完全由管线赋予了它什么样的数据和权限决定。

管线的 stages（步骤）

应用阶段 (CPU)：
- 主要工作是准备场景数据，剔除不可见的物体，设置每个物体的渲染状态（用哪个Shader？用哪个贴图？）。
- 最终输出是渲染所需的几何信息（顶点、颜色、法线等），并调用DrawCall命令，告诉GPU：“嘿，画这个！”
几何阶段 (GPU - 处理顶点和三角形)：
- 顶点着色器 (Vertex Shader)：这是第一个你可编程的阶段。它对每个顶点进行处理。通常在这里完成：
  - 顶点坐标变换（从模型自己的坐标空间 -> 世界空间 -> 摄像机视野空间 -> 裁剪空间）。
  - 计算顶点的颜色、UV等数据。
- 裁剪 (Clipping)：剔除掉摄像机视野范围之外的顶点/三角形，避免不必要的计算。
- 屏幕映射 (Screen Mapping)：将3D坐标转换到最终的2D屏幕坐标。
光栅化阶段 (GPU - 处理像素)：
- 三角形设置和遍历：将处理好的三角形分解成一个个小的片元 (Fragment)。你可以把片元理解为一个像素的候选者，它包含了颜色、深度、纹理坐标等信息，最终可能会成为一个屏幕上的像素。
- 片元着色器 (Fragment Shader)：这是第二个你可编程的核心阶段。它对每个片元进行处理。通常在这里完成：
  - 纹理采样（从贴图上获取颜色）。
  - 光照计算（决定这个点看起来多亮，什么颜色）。
  - 最终输出一个颜色值。
逐片元操作 (GPU - 最终测试)：
- 这里进行几次重要的测试操作，通常不可编程但高度可配置：
  - 深度测试 (Depth Test)：比较片元的深度（Z值）和深度缓冲区（Z-Buffer）里的值。如果这个片元被前面的物体挡住了（深度值更大），就直接丢弃它。这解决了物体遮挡问题。
  - 模板测试 (Stencil Test)：基于一个参考值进行判断，决定是否丢弃片元，常用于制作遮罩、特殊轮廓等。
  - 混合 (Blending)：如果这个片元是半透明的，它会将当前片元的颜色和已经在颜色缓冲区中的颜色进行混合，得到最终颜色。

Unity中的渲染管线

在Unity中，你有三种主要选择：

内置渲染管线 (Built-in Render Pipeline)：传统、固定的管线。我们初学一般从此开始，因为它隐藏了复杂配置，让你专注于学习Shader代码本身。
URP (Universal Render Pipeline)：新一代可编程管线。针对移动端和PC端轻量级图形优化，预设了更现代的渲染路径，需要你编写适配URP的Shader。
HDRP (High Definition Render Pipeline)：新一代可编程管线。针对高性能硬件和高保真图形设计，功能极其强大但也非常复杂。

对于初学者，请先从内置渲染管线开始学习Shader编码。 当你理解了本文所述的基础管线流程后，再去探索URP和HDRP会容易得多。