关于渲染管线的一些解释

By pocaster
Posted on August 1, 2025

第一部分：渲染管道是干嘛的？（What is it?）

想象一下一条 高度自动化的工厂流水线。

  • 原材料：是你场景里的所有数据，比如模型的顶点坐标、法线、UV、贴图、光源位置、摄像机信息等等。
  • 流水线：就是 渲染管道，它本质上是 GPU（图形处理器） 执行的一系列 有序步骤。
  • 最终产品：就是你显示器上看到的 那一帧二维图像。

所以，渲染管道的核心任务就是：将三维场景的数学描述，一步步处理并转化为屏幕上的二维像素矩阵。

这条“流水线”主要包含以下几个关键工序（这里进行了简化，以方便理解）：

  1. 应用阶段 (Application Stage - CPU)：
    • 这是发生在CPU侧的准备工作。游戏逻辑在这里运行，比如AI计算、物理模拟。
    • 最重要的是，CPU会进行剔除(Culling)，把摄像机视野外、或被完全遮挡的物体剔除掉，不把它们送入后续昂贵的GPU流水线，这是第一道性能优化。
    • 准备好的数据会被打包成渲染指令(Draw Calls)，发送给GPU。
  2. 几何阶段 (Geometry Stage - GPU)：
    • 顶点着色器 (Vertex Shader)：流水线的第一个GPU可编程阶段。它接收模型的每个顶点，进行坐标变换（模型空间 -> 世界空间 -> 视图空间 -> 裁剪空间），可以实现移动、旋转、缩放等效果。
    • 光栅化 (Rasterization)：这是个“降维”步骤。GPU会根据变换后的顶点，计算出这些三角形（所有模型都由三角形构成）在屏幕上覆盖了哪些像素。它将矢量图形（三角形）转化为像素片段（Fragment），为下一步上色做准备。
  3. 像素阶段 (Pixel Stage - GPU)：
    • 片元/像素着色器 (Fragment/Pixel Shader)：流水线的第二个GPU核心可编程阶段。它为光栅化生成的每个像素片段进行“上色”。这里会进行绝大部分的视觉计算，比如：
      • 从贴图中采样颜色。
      • 根据光照信息和材质属性计算光影效果（高光、阴影）。
      • 实现雾效、后期处理等。
    • 这是决定最终画面好坏的核心，也是性能开销的大户。
  4. 合并输出阶段 (Merging Stage - GPU)：
    • 测试与混合 (Testing and Blending)：所有像素颜色计算好后，还需要进行深度测试（决定哪个物体在前，哪个在后，避免穿模）、模板测试等。对于半透明物体，还会进行颜色混合(Blending)。
    • 输出到帧缓存 (Framebuffer)：所有测试和混合都通过后，最终的像素颜色值会被写入帧缓存，然后显示器就会从这里读取数据，最终呈现在你眼前。

第二部分：为什么要“设置”渲染管道RP？（Why do we set it up?）

这个问题尤其针对Unity等现代引擎。在过去，渲染管线是引擎内置的、固定的，像一个“黑盒子”，我们只能在它提供的框架内做文章。而现在，Unity推出了可编程渲染管线（Scriptable Render Pipeline, SRP），这就是你提到的RP。

设置RP，本质上是在项目开始时，根据你的目标，选择并配置一条最适合你的“生产线蓝图”。

这么做的核心原因有三点：

1. 性能与目标的精准匹配 (Performance & Target Matching)

不同的游戏，对画面和性能的要求天差地别。SRP允许你做出战略选择：

  • URP (Universal Render Pipeline - 通用渲染管线):
    • 目标：性能优先、覆盖面广。它为移动设备、VR/AR、Web、中低端PC等所有平台提供了高度优化的渲染方案。如果你想让你的游戏在尽可能多的设备上流畅运行，选它。
    • 特点：采用更高效的前向渲染（Forward Rendering）为主，渲染路径相对简单，功能集专注且高效。
  • HDRP (High Definition Render Pipeline - 高清渲染管线):
    • 目标：画质为王、追求极限。专为PC、PS5、Xbox Series X/S等高端平台打造，追求照片级的视觉保真度。
    • 特点：默认使用延迟渲染（Deferred Rendering），能高效处理大量动态光源。内置了体积光、高级材质、光线追踪等尖端图形技术。

结论：不设置RP，就等于用一个“万金油”方案去应对所有情况，结果必然是在某些方面妥协。主动设置RP，是根据你的项目目标（比如做一款手机酷跑游戏，还是做一款3A级PC大作），选择最经济、最高效的渲染策略。

2. 艺术风格的高度可定制性 (High Artistic Customization)

SRP的核心是“Scriptable”（可编程的）。这意味着，我们开发者现在可以用C#代码来修改和控制渲染管线的每一个步骤。

  • 实现独特风格：想做《原神》那样的卡通渲染？想做《inside》那样的剪影风格？或是水墨、像素风？通过自定义渲染通道（Custom Render Pass），你可以轻松地在管线中“注入”自己的渲染逻辑，实现这些非真实感渲染（NPR）效果，而无需像过去那样去“Hack”引擎。
  • 控制渲染流程：你可以精确决定先画什么后画什么，哪些物体用什么方式渲染，从而创造出独一无二的视觉艺术。

3. 更清晰的工作流与现代工具集 (Modern Workflow & Toolsets)

选择URP或HDRP，不仅仅是选择了一个渲染器，更是选择了一整套与之配套的现代化工具：

  • Shader Graph (着色器图)：让美术师和设计师可以通过节点连线的方式，直观地创建复杂的着色器，而无需编写代码。
  • VFX Graph (视觉效果图)：同样基于节点，用于创建成千上万粒子的高性能、复杂视觉特效。
  • Post-Processing Stack (后期处理栈)：URP和HDRP内置了更强大、性能更好的后期处理方案。

这些工具都是围绕SRP架构设计的，提供了比旧版管线更强大、更统一的开发体验。

总结

  • 渲染管道是一套将3D数据转化为2D屏幕图像的GPU处理流程。
  • 设置渲染管道(RP)，在现代引擎（如Unity）中，意味着从URP和HDRP等选项中做出选择。这个选择是项目开发中的一个根本性决策，因为它直接决定了：
    1. 性能上限与目标平台：是追求极致性能还是极致画质？
    2. 艺术表现力与自由度：能否轻松实现你想要的独特视觉风格？
    3. 开发效率与工具支持：能否使用Shader Graph等现代化工具提升团队工作流？
Tags: diary Public