你相信光吗？高清渲染管线光照权威指南

来源：Unity官方平台

一切始于光照。Unity 构建了高清渲染管线 (HDRP)，帮助实现创作者的愿景，同时利用高端 PC 或主机硬件达到全新水平的图形现实主义。本指南旨在指导现有的 Unity 美术和开发人员探索 HDRP 基于物理的照明技术。

HDRP 代表 Unity 在实时渲染技术领域的进步，允许用户使用如同现实世界的光照效果。你想用自然阳光渲染郁郁葱葱的雨林景观？还是遍布霓虹灯的大城市混凝土丛林？借助 HDRP，你可以用摄影师的画笔绘制场景关卡，将玩家从熟悉空间带到奇幻世界。

本文选取了部分精彩内容：

HDRP光照概述

HDRP 可利用各种功能扩展 Unity 现有的照明系统，使场景渲染更接近真实世界的照明：

物理照明单位和曝光：HDRP 使用真实世界的光照强度和单位。匹配已知光源的规格，并使用物理摄像机设置曝光。

高级光照：利用聚光灯和区域灯的附加形状选项控制灯光位置。使用光照层限制灯光对特定网格的影响。应用实时效果，如屏幕空间全局照明和屏幕空间折射。

天空景色：使用不同技术生成自然的天空。使用基于物理的天空系统程式化地模拟行星大气层，或将 HDRI 用作立方体贴图纹理。

雾：用雾为场景添加深度和维度。使体积插件能够集成雾效果和前景对象，并渲染电影光束效果。保持对每个光源的体积光和阴影控制，并使用局部体积雾组件和 3D 遮罩纹理精确控制雾密度。

体积系统：HDRP 包含一个直观系统，让您可以根据摄像机位置或优先级禁用不同光照效果和设置。分层和混合体积允许对场景的每一平方进行专家级控制。

后处理：HDRP 后处理由基于现有体积系统的一系列体积覆盖进行控制。可添加边缘柔化、色调映射、色彩分级、泛光、景深以及一系列其他效果。

高级阴影：HDRP 提供针对阴影的高级美工和性能控制。可修改其色调、过滤、分辨率、内存预算和更新模式。使用接触阴影和微阴影突出小细节和额外的深度。

高级反射：反射表面可使用多项技术进行渲染。反射探针提供传统的反射映射方法，其中平面反射探针提供更多适用于平面的高级选项。屏幕空间反射 (SSR) 增加了一种使用深度缓冲区的实时技术。

可扩展性：HDRP 是基于 Unity 的可编程渲染管线构建的。经验丰富的技术美工和图形程序员可以拓展管道，甚至使其超出现有用途。

Unity 可编程渲染管线：
https://docs.unity3d.com/Manual/ScriptableRenderPipeline.html

HDRP场景示例

Unity Hub 中提供的 3D 场景示例是一个模板项目，可帮助您开始使用 HDRP 和基于物理的照明。这个轻量级项目不到 100 兆，并且提供了一个 HDRP 工作范例，您可以随时快速加载以便参考。

我们将在本指南中使用该项目演示 HDRP 的许多功能。

3D 场景示例环境线框

这个小型的多房间环境展示了采用不同照明设置的 3 个不同区域。代表太阳的定向光源具有 10 万勒克斯的现实世界光强，每个位置都会校正摄像机的曝光，以匹配照明环境。

使用 WASD 按键和鼠标驱动 FPS 控制器在关卡中移动。

3D 场景示例由 3 个房间组成

• 房间 1 为圆形平台，采用头顶阳光照明。贴花会在水泥地板上增加污垢和水洼。
• 房间 2 增加了来自天窗的体积光束，以及玻璃橱内使用先进材料制成的树木。
• 房间 3 展示了室内人工照明和发光材料。

场景示例为展示 HDRP 功能的轻量级项目

如欲深入了解 HDRP 3D 场景示例，请查看这篇文章（点击回看），该文章对场景模板进行了详细说明。大家也可以观看由 Unity 大中华区平台技术总监杨栋制作的讲解视频《Unity2020.2 - HDRP最新模板项目(全方位讲解)》。
https://learn.u3d.cn/tutorial/unity-2020-2-hdrp-template

更多 HDRP 内容示例

当您了解了 HDRP 3D 场景示例后，您可能会发现其他一些项目对您也有所帮助。

虽然最初不是用于游戏目的，但汽车展示厅项目使用逼真的照明展示了高度细节化的车辆。您可以在交互式演示中改变展台灯光、汽车油漆材料和背景。这个项目可通过 Unity Hub 获得。

汽车展示厅模板

飞船演示主要展示视觉特效图，但它也采用了许多科幻环境中的 HDRP 功能。您可以从 Unity 的 Plastic 中下载。
https://plastichub.unity.cn/unity-tech-cn/SpaceshipDemo

飞船演示

如果您通过 VR 使用 HDRP，则可以体验虚拟现实炼金术师实验室。该项目展示了小型中世纪实验室中的交互效果。
https://github.com/Unity-Technologies/VRAlchemyLab

虚拟现实炼金术师实验室演示

如欲学习如何制作电影或动画电影，则使用我们的电影工作室示例，它展示了如何设置和照亮镜头的有趣短片 Mich-L，该短片混合了风格化和照片级渲染。

https://assetstore.unity.com/packages/templates/tutorials/cinematic-stud...

电影工作室示例

当您了解了高清渲染管线时，欢迎探索其他项目。

项目设置

您可以在项目设置(Project Settings)（编辑>项目设置(Edit > Porject Settings)）中的图形(Graphics)、HDRP默认设置(HDRP Default Settings) 和质量(Quality)下找到一些基本设置。

注：HDRP 默认设置(HDRP Default Settings) 在 Unity 2021.2/HDRP 12 及以上版本中称为 HDRP 全局设置。

项目设置

图形设置

顶部字段脚本渲染管道设置(Scriptable Render Pipeline Settings)表示磁盘上存储所有 HDRP 设置的文件。

每个项目可以由多个此类管道资源。可以将每个资源视为单独的配置文件。例如：您可以用它们来存储不同目标平台（Xbox、PlayStation 等）的专门设置，或者它们也可以代表玩家可以在运行时切换的不同视觉质量水平。

3D 场景示例从设置(Settings) 文件夹的几个管道资源开始：HDRPHighQuality、HDRPLowQuality 和 HDRPMediumQuality。还有一个 HDRPDefaultResources 文件夹，包含 DefaultHDRPAsset。

3D 场景示例包括低、中和高品质管道资源

质量设置

质量设置（Quality Settings）允许您将其中一个管道资源与预定义的质量水平相对应。选择顶部的水平(Level)，以激活特定渲染管道资源(Render Pipeline Asset)，如渲染(Rendering) 选项中所示。

选择顶部的质量水平以激活管道资源

您可以自定义默认值或创建额外的质量水平，每个质量水平都与额外的管道资源配对。

质量水平代表管道中激活的一组特定视觉功能。例如：您可以在应用中创建多个图形层级。在运行时，玩家可以根据硬件选择活动质量水平。

在质量/HDRP子项中编辑实际的管道设置。您还可以在项目(Project) 视图中选择管道资源(Pipeline Asset)，然后在检查器(Inspector) 中编辑设置。

编辑管道资源

HDRP优化

请注意，在管道资源（Pipeline Asset）中启用越多功能，消耗的资源就越多。一般来说，优化您的项目，以便只使用您实现预期效果所需的功能。如果您不需要某个功能，则可以将其关闭，以提高性能，节省资源。

下面介绍了一些典型功能，如果无需使用，可以禁用：

• HDRP 资源中：贴花、低分辨率透明度、透明背面/深度预传递/深度后传递、SSAO、SSR、接触阴影、体积插件、次表面散射和变形
• 在摄像机帧设置（主摄像机、用于集成效果（如反射）的摄像机或用于自定义效果的附加摄像机）中：折射、后处理、后处理之后、传输、反射探针、平面反射探针和大型拼贴预传递

HDRP默认设置

HDRP 默认设置 (HDRP Default Settings) 部分（在Unity 2021.2/HDRP 12 中称为 HDRP 全局设置）可决定启动项目时所启用功能的基准配置。您可根据摄像机位置和/或优先级使用局部设置覆盖这些设置（参见下面的体积）。

全局设置保存在顶部字段中定义的单独管道资源中。在这里设置默认的渲染和后处理选项。

启用HDRP功能

在开发项目时，您可能需要返回HDRP 默认设置(HDRP Default Settings)，以打开或关闭特定功能。除非明确启用了默认配置中的相应复选框，否则某些功能不会出现。请注意，某些设置出现在体积配置文件中，而一些功能则出现在帧设置中，具体取决于用途。

在熟悉HDRP 功能集时，使用项目设置(Project Settings) 中右上角的搜索字段。这样只会对您显示与高亮显示的搜索术语相关的面板。

搜索 HDRP 功能

启用 HDRP 默认设置 (HDRP Default Settings) 中的功能并不能保证激活该功能。为进行验证，您还必须找到当前选择为质量水平的管道资源。同时，勾选相应的选项。HDRP 功能必须在全局和局部设置中启用才能正常运行。

前向渲染与延迟渲染

在管道资源中配置 HDRP 设置时，通常从渲染 (Rendering) 下的光照着色器模式 (Lit Shader Mode) 开始。您可以选择延迟(Deferred)、前向(Forward)或两者(Both)。这些代表渲染路径，即与管道渲染和照亮几何体方式相关的一系列具体操作。

修改 HDRP 默认设置

自定义渲染路径

在光照着色器模式(Lit Shader Mode) 中选择前向(Forward) 或延迟(Deferred) 来设置默认的渲染路径。

HDRP 比较灵活，也允许您选择两者(Both)。利用这个选项，您可以将一个渲染路径用于大多数渲染，然后在每个摄像机中覆盖该路径。然而，该方法会占用更多的GPU 内存。在大多数情况下，最好选择前向或延迟。

• 若要默认影响所有摄像机，则转至 HDRP 默认设置 (HDRP Default Settings)，然后找到默认帧设置 (Default Frame Settings)。默认帧设置可应用于摄像机 (Camera)、烘焙 (Baked) 或自定义反射 (Custom Reflection)或者实时反射 (Realtime Reflections)。在渲染 (Rendering) 组中，在光照着色器模式 (Lit Shader Mode) 下设置渲染路径。
• 对于特定摄像机，请勾选自定义帧设置 (Custom Frame Settings)，以将其覆盖。

修改摄像机的自定义帧设置

关于渲染路径的更多信息

您可能希望了解这些渲染路径的工作原理，以了解光照着色器模式将如何影响管道中的其他设置。

01 前向渲染

在前向渲染中，显卡会将屏幕上的几何图形分成顶点。这些顶点进一步分解成片段或像素，然后渲染呈现到屏幕上，形成最终的图像。

每个对象都会传递至图形 API，一次一个。前向渲染形成每个光照都会产生成本。您场景中的光照越多，渲染时间就越长。

前向渲染路径

前向渲染在单独的通道中绘制光照。如果有多个光照针对同一个 GameObject，则可能会造成严重透支，当存在大量光照和物体时，就会减速。

并渲染多个光照。然而，这个过程的成本仍相对较高。如果性能是个问题，则您可能会希望使用延迟渲染。

02 延迟渲染

HDRP 还可以使用延迟渲染，其中光照不是按对象计算的。相反，延迟渲染将大量渲染推迟到后期，并使用两个通道。

延迟渲染路径

延迟渲染将光照应用于缓冲区，而不是每个对象。每个通道都有助于实现最终渲染的图像。

在第一个通道中，或G-buffer 几何体通道中，Unity 渲染 GameObjects。该通道会检索多种几何属性，并将其存储在一组纹理中（例如：漫反射和镜面颜色、表面平滑度、光遮蔽、法线等）。

G-buffer：
https://docs.unity3d.com/Manual/RenderTech-DeferredShading.html

在第二个通道中，或光照通道中，Unity 会在 G-buffer 完成后渲染场景的光照。因此，它会延迟渲染。延迟渲染路径会迭代每个像素，并根据缓冲区而非各个对象计算光照信息。

光照通道：
https://docs.unity3d.com/Manual/RenderTech-DeferredShading.html

有关渲染路径之间的技术差异的更多信息，请参见 HDRP 文档中的“前向和延迟渲染”。
https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.render-pipelines.high-defini...@11.0/manual/Forward-And-Deferred-Rendering.html

《高清渲染管线权威指南》里，还详细介绍了边缘柔化、Volume（体积）框架、曝光、光照、阴影、反射等内容，点击下方链接，即可免费解锁完整指南。
https://learn.u3d.cn/tutorial/hdrp_lighting_expert_guide