Unity Shader 屏幕后处理：OnRenderImage 与 RendererFeature实现景深、Bloom、色彩校正

1. URP 渲染管线与后处理架构

Unity 的 Universal Render Pipeline（URP） 是基于 ScriptableRenderPipeline 构建的轻量渲染管线，其核心设计思路是：一切渲染步骤都可以在 CPU 侧用 C# 显式编排。这与 Built-in 管线把大量逻辑固化在引擎内部有根本区别。

在后处理这个子域里，两种路径并存：

特性	OnRenderImage	ScriptableRendererFeature
所属管线	Built-in / 兼容模式	URP 原生
SRP Batcher 兼容	不支持	支持
移动端 Tile-Based GPU	额外 resolve 开销	可控 LoadAction
访问深度/法线贴图	有限	原生支持
Pass 执行时机	AfterEverything	可自定义任意时机
在 URP 中是否推荐	不推荐	官方推荐

2. OnRenderImage —— 传统路径

OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dst) 是 Built-in 管线遗留的回调。在 URP 中只有摄像机同时挂着 UniversalAdditionalCameraData 并且禁用了某些设置时才能触发，不推荐在生产项目使用，但理解它有助于迁移老项目。

最小示例：灰度滤镜

Shader "Hidden/PostFX/Grayscale"
{
  SubShader {
    // 关掉深度写入，关掉裁剪
    ZTest Always  ZWrite Off  Cull Off
    Pass {
      HLSLPROGRAM
      #pragma vertex   vert
      #pragma fragment frag
      #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
      TEXTURE2D(_MainTex); SAMPLER(sampler_MainTex);
      struct Varyings {
        float4 posCS : SV_POSITION;
        float2 uv    : TEXCOORD0;
      };
      Varyings vert(uint vertexID : SV_VertexID) {
        Varyings o;
        // 用三角形铺满屏幕，无需顶点缓冲区
        o.uv    = float2((vertexID << 1) & 2, vertexID & 2);
        o.posCS = float4(o.uv * 2.0 - 1.0, 0.0, 1.0);
        return o;
      }
      half4 frag(Varyings i) : SV_Target {
        half4 col = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
        // 人眼亮度感知权重：Rec. 709
        half luma = dot(col.rgb, half3(0.2126, 0.7152, 0.0722));
        return half4(luma, luma, luma, col.a);
      }
      ENDHLSL
    }
  }
}

using UnityEngine;
// 挂在摄像机上；URP 中需要关闭后处理堆栈或使用兼容模式
[ExecuteAlways, RequireComponent(typeof(Camera))]
public class GrayscaleEffect : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] Material _mat;
    // 每帧在最终图像写入屏幕之前回调
    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dst)
    {
        if (_mat == null) { Graphics.Blit(src, dst); return; }
        Graphics.Blit(src, dst, _mat, /* passIndex */ 0);
    }
}

⚠ URP 中的限制URP 默认不执行 OnRenderImage。必须在 Universal Renderer Data 里关闭"中间纹理"选项，或直接迁移到 RendererFeature。移动端强烈建议后者，因为前者会强制 GPU 做一次额外的 Resolve。

3. ScriptableRendererFeature —— URP 正统路径

一个完整的 RendererFeature 由两个类组成：

Pass 在 renderPassEvent 中指定执行时机。常用枚举值：

BeforeRendering

→

AfterRenderingOpaques

→

AfterRenderingTransparents

→

AfterRenderingPostProcessing

→

AfterRendering

后处理通常插在 AfterRenderingPostProcessing 之前，以参与 TAA/抖动之前的 HDR 图像。

4. 实现景深（Depth of Field）

景深的核心思路：以深度缓冲判断像素距焦点距离，远离焦点的区域做 CoC（Circle of Confusion）半径扩大，再执行分离式模糊。

实现步骤

整个 DOF Pass 拆成三步：计算 CoC → 散景模糊 → 合成。

public override void Execute(ScriptableRenderContext ctx, ref RenderingData data)
{
    CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get("DOF Pass");
    // ─── Step 1: 计算每像素 CoC（写入 r 通道）───
    cmd.SetGlobalFloat("_FocusDistance", _settings.focusDistance);
    cmd.SetGlobalFloat("_FocusRange",    _settings.focusRange);
    cmd.SetGlobalFloat("_BokehRadius",  _settings.bokehRadius);
    Blit(cmd, _colorHandle, _cocHandle,  _mat, /* Pass 0: CoC */ 0);
    // ─── Step 2: 散景模糊（分离式，减少采样次数）───
    cmd.SetGlobalTexture("_CoCTex", _cocHandle);
    Blit(cmd, _colorHandle, _blurH,    _mat, /* Pass 1: Bokeh-H */ 1);
    Blit(cmd, _blurH,       _blurV,    _mat, /* Pass 2: Bokeh-V */ 2);
    // ─── Step 3: 与原图按 CoC 合成 ───
    cmd.SetGlobalTexture("_BlurredTex", _blurV);
    Blit(cmd, _colorHandle, _colorHandle, _mat, /* Pass 3: Composite */ 3);
    ctx.ExecuteCommandBuffer(cmd);
    CommandBufferPool.Release(cmd);
}

// 把线性深度映射成 CoC 半径 [-1, 1]
// 负数 = 前景焦外，正数 = 背景焦外，0 = 焦内
half ComputeCoC(float rawDepth) {
    float d = LinearEyeDepth(rawDepth, _ZBufferParams);
    half  coc = (d - _FocusDistance) / _FocusRange;
    return clamp(coc, -1.0, 1.0) * _BokehRadius;
}
half4 FragCoC(Varyings i) : SV_Target {
    // _CameraDepthTexture 由 URP 自动绑定
    float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture,
                      sampler_CameraDepthTexture, i.uv);
    half  coc   = ComputeCoC(depth);
    return half4(coc, coc, coc, 1.0);  // 仅用 r 通道
}

💡 性能提示散景模糊在半分辨率 RT 上执行可节省约 75% 填充率。合成时将模糊结果上采样回原分辨率，视觉损失微乎其微。

5. 实现 Bloom（泛光）

Bloom 的经典算法：提取高亮区域 → 多级下采样（构建 Mip 链）→ 逐级上采样（tent 滤波）→ 叠加原图。URP 内置的 Bloom Volume 组件就是这个思路，也可以完全自定义。

half4 FragPrefilter(Varyings i) : SV_Target {
    half4 color = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
    // 膝部曲线：平滑截断，避免硬边闪烁
    half brightness = max(color.r, max(color.g, color.b));
    half rq = clamp(brightness - _Threshold + _Knee,
                 0.0, 2.0 * _Knee);
    rq = _Knee2 * rq * rq;  // _Knee2 = 0.25 / (knee + 1e-5)
    half w = max(rq, brightness - _Threshold) / max(brightness, 1e-5);
    return half4(color.rgb * w, 1.0);
}

// 3x3 Tent 滤波：加权 9 次采样，比双线性更平滑
half4 FragUpsample(Varyings i) : SV_Target {
    float2 texel = _BlitTexture_TexelSize.xy;
    half4 s = 0.0;
    // 权重：1/16 * [1 2 1 / 2 4 2 / 1 2 1]
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2(-1,-1)) * 0.0625;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2( 0,-1)) * 0.125;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2( 1,-1)) * 0.0625;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2(-1, 0)) * 0.125;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2( 0, 0)) * 0.25;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2( 1, 0)) * 0.125;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2(-1, 1)) * 0.0625;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2( 0, 1)) * 0.125;
    s += SAMPLE_TEXTURE2D(_BlitTexture, sampler_BlitTexture, i.uv + texel * float2( 1, 1)) * 0.0625;
    return s;
}

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;
public class BloomFeature : ScriptableRendererFeature
{
    [System.Serializable]
    public class Settings
    {
        public Shader         shader;
        [Range(0f, 10f)] public float threshold = 1f;
        [Range(0f, 1f)]  public float knee      = 0.5f;
        [Range(0f, 5f)]  public float intensity  = 1f;
        [Range(1,  8)]   public int   iterations = 5;
    }
    public Settings settings = new();
    BloomPass _pass;
    public override void Create()
    {
        _pass = new BloomPass(settings);
        _pass.renderPassEvent = RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing;
    }
    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data)
    {
        // 仅在 Game / Scene 摄像机执行，跳过反射探头等
        if (data.cameraData.cameraType != CameraType.Game) return;
        renderer.EnqueuePass(_pass);
    }
    protected override void Dispose(bool disposing)
        => _pass?.Dispose();
}

6. 实现色彩校正（Color Correction）

色彩校正通常在 Tonemapping 之后、最终 Blit 之前执行，包含三部分：White Balance（色温）→ Lift/Gamma/Gain（三路色轮）→ LUT 查找表映射。

// 色温调整：将 sRGB 转到 CIE XYZ，偏移色温，再转回
half3 WhiteBalance(half3 col, half temp, half tint) {
    // 简化版：直接在 LMS 颜色空间做乘法
    half3 lms = mul(LINEAR_2_LMS_MAT, col);
    lms *= half3(1.0 + temp * 0.1,      // 色温影响 L、M
               1.0 - temp * 0.05,
               1.0 + tint * 0.1);     // 色调影响 S
    return mul(LMS_2_LINEAR_MAT, lms);
}

// 三路色轮调色：暗部 Lift，中间调 Gamma，高光 Gain
half3 LiftGammaGain(half3 col,
                    half3 lift, half3 gamma, half3 gain) {
    col = col * (1.0 - lift) + lift;  // 暗部抬升
    col = col * gain;                   // 高光乘数
    return pow(max(0, col), 1.0 / gamma);// 中间调 Gamma
}

// _LUT: Texture3D，烘焙好的颜色空间映射
TEXTURE3D(_LUT); SAMPLER(sampler_LUT);
float _LUTSize;  // 通常 32
half3 ApplyLUT(half3 col) {
    // 将颜色映射到 [0.5/N, 1 - 0.5/N]，避免边缘采样越界
    half  scale  = (_LUTSize - 1.0) / _LUTSize;
    half  offset = 0.5 / _LUTSize;
    half3 uvw    = col * scale + offset;
    return SAMPLE_TEXTURE3D(_LUT, sampler_LUT, uvw).rgb;
}
half4 FragColorGrade(Varyings i) : SV_Target {
    half4 col = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
    col.rgb = WhiteBalance(col.rgb, _Temp, _Tint);
    col.rgb = LiftGammaGain(col.rgb, _Lift, _Gamma, _Gain);
    col.rgb = ApplyLUT(col.rgb);  // 最后做 LUT，覆盖所有调整
    return col;
}

📌 关于 LUT 生成LUT 可以在 DaVinci Resolve / Photoshop Camera Raw 中调出风格后导出 .cube 文件，再用 Unity 的 Create > Rendering > Custom Post Process 或自定义工具烘焙成 Texture3D Asset。

7. 性能优化与常见陷阱

7.1 RT 管理

public override void OnCameraSetup(CommandBuffer cmd, ref RenderingData data)
{
    var desc = data.cameraData.cameraTargetDescriptor;
    desc.depthBufferBits = 0;  // 后处理不需要深度写入
    desc.width  /= 2;         // 半分辨率降低填充率
    desc.height /= 2;
    RenderingUtils.ReAllocateIfNeeded(
        ref _halfRT, desc, FilterMode.Bilinear,
        name: "_HalfResBloom");
}
public override void OnCameraCleanup(CommandBuffer cmd)
{
    // 注意：RTHandle 在 Feature.Dispose() 里 Release，这里只解绑
    _halfRT = null;
}

7.2 常见陷阱一览

移动端高危陷阱

• 在 Tile-Based GPU（Mali/Adreno）上每次 Blit 都触发 Load → Compute → Store，Pass 越多开销越高——合并 Pass
• DOF 的 CoC 贴图不要用 RGBA32，用 R8 即可，省 4× 带宽
• half 精度在高动态范围 Bloom 阶段会发生饱和（溢出），请在 HDR RT 中保持 half4（fp16），不要降到 half3

URP API 常见错误

• URP 14+ 中 ConfigureTarget 已弃用，改用 SetRenderAttachment / SetRenderAttachmentDepth
• 在 AddRenderPasses 之外调用 ConfigureInput 无效——必须在 AddRenderPasses 里调
• Blitter.BlitCameraTexture（URP 14+）替代了老式 cmd.Blit，可以正确处理 y-flip

优化建议

• Bloom 迭代次数 ≤ 5，在低端机上自动减少到 3（按 SystemInfo.graphicsMemorySize 判断）
• DOF 在场景无深度变化帧跳过 CoC Pass（深度 dirty flag）
• 色彩校正+Tonemapping 合并成单 Pass，所有调整在一个 Fragment Shader 里完成
• LUT 尺寸优先用 32³（32×32×32）：质量与性能最优平衡点