【Unity Shader 个人笔记】 渲染管线

Unity ShaderLab中的三种shader

• 固定函数着色器
• 表面着色器
• 顶点着色器/片段着色器

固定功能着色器
针对于早期不支持可编程渲染管线的gpu,在unity里面只能使用shaderlab语法进行编写。由于硬件更新速度快,这类型的gpu已经被淘汰了,而且unity自从5.2版本后也自动将这种类型的着色器自动转换成顶点和片元着色器,所以基本可以忽略
表面着色器
是unity在顶点和片元着色器上面的一层封装,用户不用在意具体实现细节,只需要给出渲染所需的参数。编写时也是在CGPROGRAM和ENDCG之间使用CG/HLSL/GLSL等语法编写并嵌入到shaderlab语法中的着色器,但不用放在pass渲染流程块中。
顶点和片元着色器
在pass渲染流程块中,在CGPROGRAM和ENDCG之间使用CG/HLSL/GLSL等语法编写并嵌入到shaderlab语法中的着色器,用户可以定制具体的渲染效果。

1. 模型是由三角面片组成,而每个三角面片又是又三个顶点组成,并且每个顶点又包含顶点坐标,法线方向,纹理坐标,切线方向,顶点颜色等数据信息。在unity
   shader中这些数据是由使用该shader所在材质的mesh render提供。
2. 顶点着色器是逐个顶点的调用,它的输入实际上是模型顶点数据。
3. 片元着色器是逐个片元的调用,它的输入实际上是顶点着色器的输出进行插值后得到的结果。

渲染流水线

应用阶段(Application Stage)

作用： 应用程序阶段，使用高级编程语言(C、C++、JAVA 等)进行开发，主要和CPU、内存打交道，诸如碰撞检测、场景图建立、空间八叉树更新、视锥裁剪等经典算法都在此阶段执行。在该阶段的末端，几何体数据(顶点坐标、法向量、纹理坐标、纹理等)通过数据总线传送到图形硬件。

阶段目标： 准备渲染所需的几何信息,即渲染图元(rendering primitives)

Draw Call：

• 本质: 图像编程接口
• 原理： CPU通过调用DrawCall向命令缓冲区(Command Buffer)的队列中添加渲染命令,而GPU则从已有的队列中读取渲染命令去执行
• 优化： 由于调用DrawCall即使得CPU准备大量渲染数据提交到缓冲队列,大量的DrawCall会使得CPU过载,因此尽量减少DrawCall的调用次数(如进行批处理,合并网格…)

几何阶段(Geometry Stage)

• 接收数据： 应用阶段所准备好的渲染图元的信息，也就是顶点数据（模型自身坐标系、顶点颜色、纹理UV等）
  阶段目标： 决定所需绘制图元的信息(绘制方法,绘制坐标)

光栅化阶段(Rasterizer Stage)

• 接收数据： 几何阶段准备好的顶点信息
• 阶段目标： 对几何阶段传递过来的屏幕空间的顶点信息进行处理,最终生成屏幕像素,渲染出图像

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Unity Shader渲染流程

1. Start ： 顶点（模型空间)
2. 顶点着色器： 顶点转换 （模型空间—>裁剪空间）（自定义操作）
3. 光栅化： 顶点裁剪（视锥体裁剪） 背面剔除（Cull） 图元装配
4. 片段着色器： 片段着色 （自定义操作）
5. 三大测试： 模板测试（Stencil Test）深度测试（Depth Test）透明测试（Alpha Test）混合模式（Blend Mode）
6. 更新帧缓存中的颜色值 GBuffer ——> frontBuffer——> frameBuffer
7. End： 显示