Unity SRP(一) Create a pipeline

Scriptable Render Pipeline

回顾一下渲染管线，渲染时需要决定画哪些物体，画在哪里，然后在什么时候画，物体之间的遮挡关系等等，渲染管线就是一条工作流水线，去安排这一切的操作。unity2018之前有两种内置的渲染管线：Deferred、Froward。但内置的管线的内容都是固定的，我会记录一下自己搭建一条完整的srp的过程，然后实现各种效果。

Pipeline Asset

首先要创建一个Asset，RenderPipelineAsset的主要目的是帮助Unity创建一个渲染管线实例，RenderPipelineAsset自身其实就是存储各渲染管线的配置。通过override RenderPipeline CreatePipeline()方法来创建一个渲染管线实例，因为现在还没定义自己的渲染管线，所以现在先返回Null。

[CreateAssetMenu(menuName = "Rendering/Custom Render Pipeline")]
public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset
{
    protected override RenderPipeline CreatePipeline()
    {
        return null;
    }
}

然后创建我们的asset：

这个时候就会变得一切漆黑，因为此时引擎没有渲染出来任何物体，而且graphics里面的一些选项也不见了。

Render Pipeline Instance

创建pipeline实例，新建一个C#脚本，继承自RenderPipeline，在这里面需要去复写Render方法去创建一个具体的Pipeline，然后在CustomRenderPipelineAsset.createPipeline里去返回这个实例：

public class CustomRenderPipeline : RenderPipeline
{
    protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)
    {
        throw new System.NotImplementedException();
    }
}

public class CustomRenderPipelineAsset : RenderPipelineAsset
{
    protected override RenderPipeline CreatePipeline()
    {
        return new CustomRenderPipeline();
    }
}

这个时候已经有了我们创建的具体的pipeline了，但是它还没有效果，因为他还没有去渲染任何东西。

Rendering

Unity就是使用context和active状态的camera作为参数，调用pipeline中的render函数，进行渲染。这个过程对game 窗口，scene窗口和材质预览窗口都一样。我们现在要做的就是正确的设置好各参数，用正确的顺序绘制出应该被渲染的东西。

因为每个Camera是单独渲染的，再专门为摄像机新建一个类：

public class CameraRenderer 
{
    ScriptableRenderContext context;

    Camera _camera;

    public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
    {
        this.context = context;
        this._camera = camera;
    }
}

然后在CustomRenderPipeline创建出一个pipeline实例时，用它去渲染所有的相机，所以在CustomRenderPipeline的实例里面：

protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras)
{
	foreach (Camera camera in cameras)
	{
		renderer.Render(context, camera);
	}
}

这个loop在后面可以去实现不同的渲染方式，比如有的采用延迟渲染，有的渲染第一人称视角等等。

srp最重要的也就是这个RenderPipeline实例，它在已经定义好的Render函数里面调用每个摄像机进行渲染，人为控制管线的流程也就是在每个摄像机类里面去实现的。

Draw SkyBox

CameraRenderer.Render里面去画摄像机能看到的物体，我们在Render里面的每个command都是存在buffer里的，它们是排着队的，必须使用submit命令才能执行这个command。要正确的渲染Skybox和整个场景，还需要通过Camera的位置和视角设置MVP矩阵，要将Camera中的配置信息通过SetupCameraProperties函数写入Context中。

public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
	this.context = context;
	this.camera = camera;

	Setup();
	DrawVisibleGeometry();
	Submit();
}

void Setup()
{
	context.SetupCameraProperties(camera);
}

void DrawVisibleGeometry()
{
	context.DrawSkybox(camera);
}

void Submit()
{
	context.Submit();
}

Command Buffers

Context 直到Submit才会进行实际的渲染，在这之前，我们需要配置它并且将comands加入其中等之后执行。一些任务比如绘制Skybox有专门的函数实现，但是画其它物体或者做其它操作的时候就没有这种内置函数了，所以要专门的一个buffer。

设置Command Buffer：

const string bufferName = "Render Camera";
CommandBuffer buffer = new CommandBuffer
{
	name = bufferName
};

使用时，需要用到BeginSample，EndSample，这个范围内就属于Render Camera这个Command Buffer的范围。为了得到正确的渲染图像，还需要clearrendertarget：

void Setup()
{
    //先设置好摄像机的matrix，再clear
	buffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear);
	buffer.BeginSample(bufferName);
	ExecuteBuffer();
	context.SetupCameraProperties(camera);
}

void Submit()
{
	buffer.EndSample(bufferName);
	ExecuteBuffer();
	context.Submit();
}

void ExecuteBuffer()
{
	context.ExecuteCommandBuffer(buffer);
	buffer.Clear();
}

可以看到成功清除掉color和depth Buffer以及stencil

Culling

在渲染物体之前，需要先通过摄像机的视椎体对物体进行裁剪剔除，只渲染那些能被看见的物体。

通过ScriptableCullingParameters结构体和 CullResults.GetCullingParameters 函数，可以针对某个Camera得到裁剪的配置信息：

bool Cull()
{
	ScriptableCullingParameters p;//存摄像机设置和信息的结构
	if (camera.TryGetCullingParameters(out p))//是否能得到摄像机的属性信息和matrix
	{
        cullingResults = context.Cull(ref p);//cull之后的结果
		return true;
	}
	return false;
}

因为是剔除，所以在draw之前进行：

public void Render(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
	this.context = context;
	this.camera = camera;

	if (!Cull())
	{
		return;
	}

	Setup();
	DrawVisibleGeometry();
	Submit();
}

Draw Geometry

通过culling得到可视化信息后，就可以用DrawRenderer去进行绘制，它需要三个参数，cullingresult以及drawingSettings、filteringSettings：

static ShaderTagId unlitShaderTagId = new ShaderTagId("SRPDefaultUnlit");
void DrawVisibleGeometry()
{
	var sortingSettings = new SortingSettings(camera)
	{
		criteria = SortingCriteria.CommonOpaque//从前向后的顺序渲染不透明物体
	};
    //SortingCriteria 决定渲染时物体的顺序

	var drawingSettings = new DrawingSettings(
		unlitShaderTagId, sortingSettings
	);
	var filteringSettings = new 	FilteringSettings(RenderQueueRange.all);

	context.DrawRenderers(
	cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings
	);

	context.DrawSkybox(camera);
}

这样就可以画出所有Unlit Shader：

可以看到这里还有个问题，透明物体被天空覆盖了，所以要修改一下渲染的顺序。

先渲染不透明的物体，然后是天空盒，最后是透明物体：

var sortingSettings = new SortingSettings(camera)
{
	criteria = SortingCriteria.CommonOpaque
};

var drawingSettings = new DrawingSettings(unlitShaderTagId, sortingSettings);
var filteringSettings = new FilteringSettings(RenderQueueRange.opaque);

context.DrawRenderers(cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings);

context.DrawSkybox(camera);

sortingSettings.criteria = SortingCriteria.CommonTransparent;
drawingSettings.sortingSettings = sortingSettings;
filteringSettings.renderQueueRange = RenderQueueRange.transparent;

context.DrawRenderers(cullingResults, ref drawingSettings, ref filteringSettings);

Draw Gizmos

partial void DrawGizmos()
{
	if (Handles.ShouldRenderGizmos())
	{
		context.DrawGizmos(camera, GizmoSubset.PreImageEffects);
		context.DrawGizmos(camera, GizmoSubset.PostImageEffects);
	}
}

Draw Unity UI

添加一个UI物件时，它能成功在Game窗口被渲染出来，因为它是独立渲染的，不依靠我们的自定义管线，它的默认Render Mode是Screen Space - OverLay。UI在Scene里面是使用World Space Mode渲染的，所以它会显得很大。现在把它在Scene里面画出来：

partial void PrepareForSceneWindow()
{
	if (camera.cameraType == CameraType.SceneView)
	{
            				    	ScriptableRenderContext.EmitWorldGeometryForSceneView(camera);
	}
}

Multiple Cameras

多相机的渲染会比较麻烦，需要小心地设置渲染顺序，也就是对ClearFlag的设置。