Unity中的渲染管线(十八):URP-延迟渲染路径_unity 延迟渲染

URP 通用渲染器支持两种渲染路径：前向渲染（Forward）和延迟渲染（Deferred）。本节详细介绍延迟渲染路径。

延迟渲染路径的场景渲染如下：

（此处为示意图，显示延迟渲染路径的场景效果）

(一).如何选择延迟渲染路径

要选择渲染路径，请在 URP 通用渲染器资源中使用光照 > 渲染路径（Lighting > Rendering Path） 属性：

1. 在 URP 通用渲染器资源中选择渲染路径。
2. 选择延迟渲染路径后，Unity 会显示精确 G-buffer 法线（Accurate G-buffer normals） 属性，用于配置法线在几何缓冲区（G-buffer）中的编码方式：
   • 关闭精确 G-buffer 法线：提升性能（尤其在移动 GPU 上），但可能导致光滑表面出现色带伪影。
   • 开启精确 G-buffer 法线：使用八面体编码将法线向量值存储在法线纹理的 RGB 通道中，法线更精确，但编解码操作会增加 GPU 负载。

(二).Unity Player 系统要求

延迟渲染路径除 Unity Player 的常规系统要求外，还有以下额外要求和限制：

• 最低着色器模型：Shader Model 4.5。
• 不支持 OpenGL 和 OpenGL ES API。若为使用这些 API 的平台构建项目，应用会回退到前向渲染路径。

(三).实现细节

G-buffer 布局

延迟渲染路径中，Unity 按以下结构在 G-buffer 中存储材质属性（每个像素的数据结构）：

组件 描述 反照率（Albedo，sRGB） 24 位 sRGB 格式的反照率颜色。 材质标志（MaterialFlags） 位字段，包含以下材质标志：
- 位 0：ReceiveShadowsOff（像素不接收动态阴影）
- 位 1：SpecularHighlightsOff（像素不接收高光）
- 位 2：SubtractiveMixedLighting（像素使用减法混合光照）
- 位 3：SpecularSetup（材质使用高光工作流）
- 位 4-7：保留供未来使用。详情参见/ShaderLibrary/UnityGBuffer.hlsl。 高光（Specular） 包含以下值：
- SimpleLit 材质：24 位 RGB 高光颜色
- 金属工作流 Lit 材质：8 位反射率（16 位未使用）
- 高光工作流 Lit 材质：24 位 RGB 高光颜色。 遮挡（Occlusion） 包含烘焙光照的烘焙遮挡值。对于实时光照，Unity 通过组合烘焙遮挡值和 SSAO 值计算环境遮挡。 法线（Normal） 24 位世界空间法线 平滑度（Smoothness） 存储 SimpleLit 和 Lit 材质的平滑度值。 自发光 / 全局光照 / 光照（Emissive/GI/Lighting） 包含材质自发光输出和烘焙光照。G-buffer 通道中填充此值，延迟着色通道中存储光照结果。
渲染目标格式：
- B10G11R11_UFloatPack32（除非满足以下条件之一）
- 若 URP 资源中启用 HDR 但目标平台不支持 HDR，或 Player 设置中 PreserveFramebufferAlpha 为 true，则使用 R16G6B16A16_SFloat
- 若无法使用上述格式，则使用 SystemInfo.GetGraphicsFormat (DefaultFormat.HDR) 返回的格式。 阴影遮罩（ShadowMask） 当光照模式设置为 Subtractive 或 Shadow mask 时添加到 G-buffer。这两种模式针对前向渲染优化，在延迟渲染中效率较低，建议使用 Baked Indirect 模式提升 GPU 性能。 渲染层遮罩（Rendering Layer Mask） 启用光照层功能（URP 资源 > 高级 > 光照层）时添加到 G-buffer，可能对 GPU 性能有显著影响。 深度作为颜色（Depth as Color） 在支持的平台上启用原生 Render Pass 时添加到 G-buffer，将深度渲染为颜色，用于提升 Vulkan 设备性能或在 Metal API 中获取深度缓冲（Metal 不允许在同一生成通道中从 DepthStencil 缓冲获取深度），格式为 GraphicsFormat.R32_SFloat。 深度模板（DepthStencil） 保留高 4 位标记材质类型,根据平台选择 D32F_S8 或 D24S8 格式。

G-buffer 中的法线编码

延迟渲染路径中，Unity 将法线以 24 位值存储在 G-buffer 中，编码方式由精确 G-buffer 法线属性控制：

• 关闭时：法线向量值存储在法线纹理的 RGB 通道中（每个分量 8 位），通过量化压缩精度，提升性能但可能导致光滑表面色带伪影。
• 开启时：使用八面体编码将法线向量值存储在 RGB 通道中，法线更精确，但编解码操作增加 GPU 负载（桌面和主机平台影响可忽略，移动 GPU 影响较大），且不增加内存占用。

(四).延迟渲染路径的渲染通道（Render Passes）

延迟渲染路径的通道执行顺序如下表：

渲染通道事件 延迟渲染路径通道 SSAO 渲染器功能通道 BeforeRendering BeforeRenderingShadows AfterRenderingShadows BeforeRenderingPrePasses 深度或深度 + 法线预通道（仅前向材质） AfterRenderingPrePasses BeforeRenderingGbuffer G-buffer 通道（GBufferPass） 复制 G-buffer 深度纹理 AfterRenderingGbuffer SSAO（可选） BeforeRenderingDeferredLights Deferred rendering (stencil) 延迟着色（模板） AfterRenderingDeferredLights BeforeRenderingOpaques 仅前向不透明材质 AfterRenderingOpaques SSAO 与混合（可选） BeforeRenderingSkybox AfterRenderingSkybox BeforeRenderingTransparents AfterRenderingTransparents BeforeRenderingPostProcessing AfterRenderingPostProcessing AfterRendering

关键通道说明：

1. 深度 / 深度 + 法线预通道：仅渲染不支持延迟渲染模型的材质（如使用 Complex Lit 着色器的材质），若启用 SSAO 渲染器功能，则执行深度 + 法线预通道以计算环境遮挡。
2. SSAO 通道：若启用 SSAO 且未启用 “After Opaque” 选项（默认禁用），则在 G-buffer 后执行，避免烘焙遮挡与实时遮挡双重暗化；移动平台启用 “After Opaque” 可避免额外渲染目标操作，提升性能。
3. 仅前向通道（Forward-only Pass）：渲染不支持延迟渲染的材质（如 Complex Lit、Baked Lit、Unlit 或未声明延迟渲染所需标签的自定义着色器），需先在深度 + 法线预通道渲染以支持 SSAO 计算。

(五).相关代码文件

• 处理延迟渲染路径的主类：com.unity.render-pipelines.universal\\Runtime\\DeferredLights.cs
• G-buffer 通道的 ScriptableRenderPass：com.unity.render-pipelines.universal\\Runtime\\Passes\\GBufferPass.cs
• 延迟着色通道的 ScriptableRenderPass：com.unity.render-pipelines.universal\\Runtime\\Passes\\DeferredPass.cs
• 延迟着色的着色器资源：com.unity.render-pipelines.universal\\Shaders\\Utils\\StencilDeferred.shader
• 延迟着色工具函数：com.unity.render-pipelines.universal\\Shaders\\Utils\\Deferred.hlsl
• G-buffer 材质属性存储 / 加载工具函数：com.unity.render-pipelines.universal\\Shaders\\Utils\\UnityGBuffer.hlsl

ShaderLab 通道标签

若要使着色器支持延迟渲染，需包含以下标签：

• \"LightMode\" = \"UniversalGBuffer\"：在 G-buffer 通道中执行。
• \"LightMode\" = \"UniversalForwardOnly\" 或 \"LightMode\" = \"DepthNormalsOnly\"：标记材质在延迟渲染中使用仅前向通道。
• \"UniversalMaterialType\"：指定着色器光照模型（Lit/SimpleLit）。

(六).限制和性能

地形混合（Terrain Blending）

• 混合超过 4 层地形时，延迟渲染与前向渲染结果略有不同：前向渲染分多通道处理每 4 层地形并混合光照，延迟渲染在 G-buffer 中一次性合并地形层，导致法线等属性组合精度不足。
• 注意：开启精确 G-buffer 法线会破坏地形混合（八面体编码的法线无法通过 alpha 混合正确合并），若应用需要超过 4 层地形，需关闭此选项。

烘焙全局光照与光照模式

• 启用烘焙全局光照时，Subtractive 和 Shadowmask 光照模式在延迟渲染中会增加 GPU 负载（需在 ShadowMask 渲染目标中存储额外属性），建议使用 Baked Indirect 模式以提升性能。

光照层（Light Layers）

• 启用光照层功能需额外 G-buffer 渲染目标（32 位），可能对 GPU 性能产生负面影响。

(七).视觉对比与性能建议

• 地形渲染差异：前向渲染对多层地形的光照计算更精确，延迟渲染因 G-buffer 合并限制可能产生视觉差异。
• 移动平台优化：关闭精确 G-buffer 法线、启用 SSAO 的 “After Opaque” 选项，可减少 GPU 负载。