【渲染流水线】主线索引-从数据到图像以UnityURP为例

前情提要

【开篇导览】探索游戏渲染从UnityURP开始-优快云博客

有了开篇的渲染管线和渲染流水线的基本概念，接下来先从原理上看看渲染流水线是怎么运作的，然后再看看UnityURP是对应是怎么实现的，最后再看UnityURP是怎么构建渲染管线，逐层探索剖析。本篇作为渲染流水线的主线文章，将列举渲染流水线中的各个阶段，将数据到图像的每一步处理步骤都列出，每个阶段的具体的详细讨论在后续相应的文章链接中展开详解。

（对渲染的探索是个持续不断完善的过程，记录这个过程将零散的内容整理起来，其中肯定会有理解偏差和问题，如果哪里有问题，欢迎在评论区探讨和指出）

基于URP默认的渲染路径：前向渲染Forward 来讲解基本的渲染流水线

渲染路径 概念在最后会讲解，默认的前向渲染路径就是最通用的复合常规的渲染流水线中的流程，其他路径都是优化特定情况而出现的，先用前向的学习后再看其他的渲染路径。

渲染流水线（Rendering Pipeline）中可编程或可配置阶段，按顺序执行：

应用阶段 -〉几何阶段 -〉 光栅化阶段 -〉逐片元阶段 -〉输出

应用阶段(CPU)包括（包围盒裁剪、遮挡剔除、其他裁剪算法等）

几何阶段(GPU)包括（顶点着色器(可编程)、细分着色器(可选)、几何着色器(可选)、图元装配(固定)、裁剪(固定)、归一化设备坐标(透视除法；固定)、屏幕映射(固定)）

光栅化阶段(GPU)包括（光栅化(三角形设置、三角形遍历；固定)、片元着色器(可编程)）

逐片元阶段(GPU)包括（（可见性测试Scissor、多重采样测试）透明度测试、模版测试、深度测试、深度写入、混合）（全可配置）

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接下来详细列出渲染流水线的阶段索引

应用阶段

• 包围盒裁剪

• 遮挡剔除

• 其他裁剪算法

• 渲染命令队列和其中的渲染指令(drawcall)、渲染状态设置

几何阶段

• 关键顺序‌：

1. 顶点着色器输出齐次裁剪坐标（如 UnityObjectToClipPos 返回值）‌。
2. GPU执行裁剪（依赖 w 分量的动态范围）‌。
3. ‌透视除法触发归一化‌，生成NDC坐标供屏幕映射‌

模型空间 →（Model矩阵）→ 世界空间 →（View矩阵）→ 观察空间 →（Projection矩阵）→ ‌裁剪空间‌→（透视除法）→ ‌NDC空间‌ →（视口变换）→ 屏幕空间

• 其中模型空间到裁剪空间是在顶点着色阶段运算的。（在顶点着色器中手动用MVP矩阵进行左乘计算）
• NDC空间是归一化时做的 （GPU自动计算）
• 屏幕空间是屏幕映射阶段做的 （GPU自动计算）

• 顶点着色器（Vertex Shader）‌

• 可选阶段：曲面细分着色器（Tessellation Shader）‌

• 可选阶段：几何着色器（Geometry Shader）‌

• ‌图元装配

• 裁切

• 归一化设备坐标（Normalized Device Coordinates， NDC）

• 屏幕映射

光栅化阶段

• 光栅化‌

• 片元着色器（Fragment Shader）‌

逐片元阶段

• 逐片元操作（Per-Fragment Operations）‌

• 深度偏移（Slope Scale Depth Bias）‌

• 渲染顺序与层级

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Unity中基于SRP的URP渲染管线

• SRP提供的核心功能与架构‌

• URP在SRP上的具体实现‌

• URP对SRP的扩展与简化‌

• 对URP的扩展

• URP中的渲染路径选择‌

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其他

• URP中实时阴影计算流程

• 计算着色器（Compute Shader）‌：GPU 通用计算，可并行处理非图形任务（需单独编写）。

• 后处理（Post-Processing）‌：屏幕空间特效（如 Bloom），通过 URP Renderer Feature 添加。  

• 投影Projector。

• 平面阴影

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（欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）