渲染管线简介

渲染管线是计算机图形学中的一个重要概念，它定义了从场景数据到最终图像的整个处理流程。在 Unity 中，渲染管线负责执行一系列操作，以获取场景的内容并将其显示在屏幕上。以下是对渲染管线的简要介绍，包括其主要操作和不同类型的渲染管线。

渲染管线的主要操作

1. 剔除（Culling）：

剔除（Culling）是渲染管线中的一个重要步骤，旨在提高渲染效率。通过确定哪些物体在当前视图中是可见的，剔除可以显著减少需要渲染的物体数量，从而降低计算负担和提高性能。以下是对剔除的详细介绍，包括常见的剔除技术。

剔除的目的

• 提高性能：通过剔除不在视野中的物体，减少 GPU 的绘制调用和计算负担，从而提高渲染性能。
• 优化资源使用：减少不必要的渲染可以节省内存和计算资源，使得游戏或应用程序在各种设备上运行更加流畅。

常见的剔除技术

1. 视锥剔除（Frustum Culling）：

   • 定义：视锥剔除是基于相机的视锥体（Frustum）来判断物体是否在视野内的技术。视锥体是一个四面体，定义了相机可以看到的区域。
   • 工作原理：在渲染之前，渲染管线会检查每个物体的边界框（Bounding Box）是否与视锥体相交。如果物体的边界框完全在视锥体外，则该物体会被剔除，不会被渲染。
   • 优点：视锥剔除简单高效，适用于大多数场景，能够快速判断物体的可见性。

2. 遮挡剔除（Occlusion Culling）：

   • 定义：遮挡剔除是通过判断物体是否被其他物体遮挡来决定其可见性的一种技术。
   • 工作原理：在渲染过程中，遮挡剔除会检查物体是否被其他物体挡住。如果一个物体被其他物体完全遮挡，则该物体不会被渲染。Unity 提供了遮挡剔除系统，可以在场景中预先计算遮挡信息。
   • 优点：遮挡剔除可以显著减少渲染负担，尤其是在复杂场景中，能够有效提高性能。

3. 层剔除（Layer Culling）：

   • 定义：层剔除是通过将物体分配到不同的层（Layer）来控制哪些物体在特定相机视图中可见。
   • 工作原理：开发者可以设置相机只渲染特定层的物体，从而实现更细粒度的控制。
   • 优点：层剔除可以用于实现特定的游戏机制，例如在某些情况下只显示特定类型的物体。

4. 距离剔除（Distance Culling）：

   • 定义：距离剔除是根据物体与相机的距离来决定是否渲染物体的技术。
   • 工作原理：开发者可以设置一个距离阈值，超出该距离的物体将被剔除。这在大型开放世界游戏中尤为有效。
   • 优点：距离剔除可以减少远处物体的渲染负担，优化性能。

总结

剔除是渲染管线中不可或缺的一部分，通过有效地判断物体的可见性，能够显著提高渲染性能。视锥剔除、遮挡剔除、层剔除和距离剔除等技术各有其优缺点，开发者可以根据具体的项目需求和场景复杂度选择合适的剔除策略，以优化游戏或应用程序的性能。

2. 渲染（Rendering）：

渲染（Rendering）是计算机图形学中的核心过程，它将可见物体转换为最终图像并显示在屏幕上。渲染过程涉及多个步骤，每个步骤都对最终图像的质量和性能产生重要影响。以下是渲染过程的详细介绍，包括主要步骤和着色器的作用。

渲染过程的主要步骤

1. 顶点处理（Vertex Processing）：

   • 定义：顶点处理是渲染管线的第一步，主要负责处理每个顶点的数据，包括位置、法线、纹理坐标等。
   • 操作：在这一阶段，顶点着色器（Vertex Shader）会对顶点进行变换（如模型变换、视图变换和投影变换），将其从模型空间转换到裁剪空间。
   • 输出：经过顶点处理后，顶点的屏幕坐标和其他属性（如颜色和纹理坐标）将被传递到下一阶段。

2. 光栅化（Rasterization）：

   • 定义：光栅化是将几何图形（如三角形）转换为像素的过程。
   • 操作：在这一阶段，渲染管线会确定哪些像素被三角形覆盖，并为这些像素生成片段（Fragments）。每个片段包含了与该像素相关的属性，如深度值和纹理坐标。
   • 输出：光栅化的结果是生成一组片段，这些片段将用于后续的片段处理。

3. 片段处理（Fragment Processing）：

   • 定义：片段处理是对每个片段进行计算的过程，主要负责确定每个像素的最终颜色。
   • 操作：在这一阶段，片段着色器（Fragment Shader）会使用光照模型、纹理采样和其他效果来计算每个片段的颜色。它可以考虑多个光源、环境光、反射等因素。
   • 输出：经过片段处理后，片段的颜色和深度值将被写入帧缓冲区