渲染过程Pass

在 Unity 中，渲染过程是一个复杂的流程，涉及多个步骤和阶段。每个 Pass 定义了如何渲染物体的一个特定方面，例如基础颜色、光照、阴影等。以下是对渲染过程的详细解释，以及如何通过 Pass 来管理不同的渲染效果。

渲染过程概述

1. 场景准备：

   • 在渲染开始之前，Unity 会准备场景中的所有对象，包括模型、材质、光源和摄像机等。

2. 剔除（Culling）：

   • Unity 会进行剔除操作，确定哪些对象在摄像机的视野内，哪些对象可以被渲染。剔除可以显著提高性能，因为它避免了渲染不在视野中的对象。

3. 渲染队列：

   • Unity 会根据对象的类型（不透明、透明等）将它们放入不同的渲染队列中。渲染队列的顺序通常是：不透明（Opaque）、透明（Transparent）、后期处理（Overlay）。

4. 渲染 Pass：

   • 每个材质的 Shader 可以包含多个 Pass。每个 Pass 定义了如何渲染物体的一个特定方面。Unity 会依次执行每个 Pass，以完成最终的渲染效果。

Pass 的定义

每个 Pass 可以包含以下内容：

• 顶点着色器（Vertex Shader）：

  • 处理每个顶点的变换和光照计算。顶点着色器的输出通常是屏幕空间坐标和其他需要传递给片段着色器的数据。

• 片段着色器（Fragment Shader）：

  • 处理每个像素的颜色计算。片段着色器可以使用来自顶点着色器的数据，进行纹理采样、光照计算等。

• 渲染状态：

  • 每个 Pass 可以设置不同的渲染状态，例如混合模式、深度测试、剔除模式等。这些状态会影响如何渲染物体。

示例：使用多个 Pass 渲染不同效果

以下是一个简单的 Shader 示例，展示了如何使用多个 Pass 来渲染基础颜色、光照和阴影。

Shader "Custom/MultiPassShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _ShadowTex ("Shadow Texture", 2D) = "black" {}
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200

        // Pass 1: 基础颜色
        Pass {
            Name "BaseColor"
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct appdata_t {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            v2f vert(appdata_t v) {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return col; // 返回基础颜色
            }
            ENDCG
        }

        // Pass 2: 光照
        Pass {
            Name "Lighting"
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct appdata_t {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            v2f vert(appdata_t v) {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                // 简单的光照计算
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                col.rgb *= 0.5; // 模拟光照
                return col;
            }
            ENDCG
        }

        // Pass 3: 阴影
        Pass {
            Name "Shadow"
            ZWrite On
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct appdata_t {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            v2f vert(appdata_t v) {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                // 使用阴影纹理进行简单的阴影效果
                fixed4 shadowColor = tex2D(_ShadowTex, i.uv);
                return fixed4(0, 0, 0, shadowColor.a); // 返回黑色阴影
            }
            ENDCG
        }
    }
}

Pass 的工作原理

在这个 Shader 中，我们定义了三个 Pass，每个 Pass 负责渲染物体的不同方面：

1. 基础颜色 Pass：

   • 这个 Pass 负责渲染物体的基础颜色。它从 _MainTex 纹理中采样颜色，并将其输出到屏幕。

2. 光照 Pass：

   • 这个 Pass 负责处理光照效果。在这个简单的示例中，我们通过将颜色乘以一个常数来模拟光照。实际应用中，您可以使用更复杂的光照模型（如 Phong 或 Blinn-Phong）来计算光照。

3. 阴影 Pass：

   • 这个 Pass 负责渲染阴影。它使用一个阴影纹理（_ShadowTex）来确定阴影的透明度，并输出黑色阴影。您可以根据需要实现更复杂的阴影计算。

渲染流程

在渲染过程中，Unity 会依次执行每个 Pass。具体流程如下：

1. 执行基础颜色 Pass：

   • Unity 首先执行基础颜色 Pass，渲染物体的基础颜色到屏幕。

2. 执行光照 Pass：

   • 接下来，Unity 执行光照 Pass，计算光照效果并将结果叠加到屏幕上。

3. 执行阴影 Pass：

   • 最后，Unity 执行阴影 Pass，渲染阴影效果，确保阴影在物体上正确显示。

优化和注意事项

• 减少 Pass 数量：

  • 每个 Pass 都会增加渲染的开销，因此在设计 Shader 时，尽量减少 Pass 的数量。可以通过合并效果或使用更复杂的计算来实现。

• 使用条件编译：

  • 如果某些效果是可选的，可以使用条件编译来控制 Pass 的执行。例如，您可以根据材质属性或场景设置来决定是否渲染阴影。

• 性能监测：

  • 使用 Unity 的 Profiler 工具监测性能，确保 Shader 的复杂性不会导致性能问题。

结论

通过使用多个 Pass，您可以在 Unity 中灵活地控制物体的渲染效果。每个 Pass 可以专注于处理特定的渲染任务，如基础颜色、光照和阴影等。理解和合理使用这些 Pass，可以帮助您创建出更复杂和美观的视觉效果，同时保持良好的性能。