【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

前情提要

【渲染流水线】主线索引-从数据到图像以UnityURP为例-CSDN博客

裁剪的目标

• 作用‌：将几何图元（三角形）转换为片元（Fragment），并插值顶点属性（如纹理坐标）
• ‌可配置‌：通过 Cull 指令控制面片剔除模式（Back/Front/Off）。

（对渲染的探索是个持续不断完善的过程，记录这个过程将零散的内容整理起来，其中肯定会有理解偏差和问题，如果哪里有问题，欢迎在评论区探讨和指出）

三角形设置 Triangle Setup

预先计算全局系数‌

• 优化遍历效率；实时计算则结合像素位置完成‌动态插值‌，确保透视正确性‌。

输入：

• 屏幕坐标系下的三角形顶点坐标（包含深度值 z）
• 关联属性：法线、纹理坐标、顶点颜色等‌

生成：

• 计算边界框‌：确定三角形在屏幕上的最小/最大像素范围（x_min, y_min 至 x_max, y_max），限定后续遍历区域‌。
• 生成边方程（效率低，用点积求重心方式判断替代的话这里不用求解这个）:构建三角形三条边的线性方程（如 Ax+By+C=0），用于后续像素覆盖判断‌
• 重心坐标分母项‌：预计算重心坐标插值所需的公共分母（如 1/(w0·α + w1·β + w2·γ)），避免遍历阶段重复计算‌（由于使用点积重心坐标求解重心和像素判断，其中解方程组时有一个共同的行列式分母需要点积计算，这里可以把分母预计算，下面阶段就可以直接用。 点积重心求解坐标下面的三角形遍历阶段有解释。）
• 与像素位置无关的数学系数，供遍历阶段复用。

三角形遍历 Triangle Traversal （扫描变换 ScanConversion）

输入数据

• 三角形设置阶段输出的网格表示数据‌

输出数据

像素覆盖检测‌

• 遍历边界框内所有像素，通过边方程或重心坐标判断（点积重心坐标求解代替叉乘面积求解加速优化运算）中心点是否在三角形内部‌

片元生成

对覆盖的像素创建片元（Fragment），包含以下状态：

• 屏幕坐标 (x, y)
• 插值后的深度值 z
• 插值后的属性：法线、纹理坐标、颜色等‌

深度初筛‌

• 初步计算片元深度，供后续深度测试使用‌

输出 片元序列（每个片元包含像素位置、深度及插值属性），传递至片元着色器‌

利用重心坐标权重混合顶点属性，确保纹理、颜色等平滑过渡‌：

属性pixel=α⋅属性A+β⋅属性B+γ⋅属性C属性pixel=α⋅属性A+β⋅属性B+γ⋅属性C

点积法重心坐标公式解析

URP中光栅化的具体过程举例

Unity URP的光栅化阶段，几何图元通过重心坐标公式转化为片元的过程：

‌三角形设置阶段‌

• 首先计算三角形在屏幕空间的包围盒，确定潜在覆盖的像素范围。
• 例如一个三角形顶点坐标为(100,200)、(300,400)、(200,500)，其包围盒范围为x∈[100,300]，y∈[200,500]。

‌三角形遍历与片元生成‌

• 遍历包围盒内所有像素，通过重心坐标判断是否在三角形内。重心坐标公式为：
• α+β+γ=1(α,β,γ≥0)α+β+γ=1(α,β,γ≥0)
• 若像素(150,300)的重心坐标计算结果为α=0.4, β=0.3, γ=0.3，则该像素属于三角形。

‌透视校正插值‌

• 使用公式对顶点属性进行插值：
• f=(αf0/w0+βf1/w1+γf2/w2)/(α/w0+β/w1+γ/w2)f=(αf0​/w0​+βf1​/w1​+γf2​/w2​)/(α/w0​+β/w1​+γ/w2​)
• 例如插值纹理坐标时，若三个顶点的w值为1.0、1.2、1.1，UV为(0,0)、(1,0)、(0,1)，则像素(150,300)的UV插值结果为(0.28, 0.23)45。

具体案例：

• 一个红色渐变三角形，顶点颜色分别为红(1,0,0)、绿(0,1,0)、蓝(0,0,1)。
• 片元(200,350)的重心坐标为(0.5,0.3,0.2)，插值后颜色为(0.5,0.3,0.2)。

对于透视矫正的插值原理和示例看这里：【URP】[光栅阶段][光栅插值]Unity透视校正插值-CSDN博客

光栅化在URP中的具体实现

核心类与方法‌

在URP管线中，相关逻辑由以下部分实现：

• ‌UniversalRenderer类‌：负责组织渲染流程，通过RenderOpaqueGeometry等方法触发光栅化
• ‌ShaderLibrary/Core.hlsl‌：包含插值计算的底层实现，如InterpolateBarycentricCoords等工具函数
• ‌GPU固定功能单元‌：实际计算由硬件光栅化器完成，Unity通过CommandBuffer.DrawProcedural等接口触发

‌GPU加速机制‌

重心坐标计算通过以下方式实现硬件加速：

• 由GPU的‌光栅化引擎(Rasterizer Engine)自动执行，属于固定管线功能
• Unity通过ShaderPass中的HLSLPROGRAM声明插值变量（如Varyings结构体），驱动GPU完成插值
• 计算过程优化为并行处理，每个流处理器(SM)同时处理多个像素的重心坐标

典型数据流路径为：
UniversalRenderer → Shader.Draw → GPU光栅化器 → 片元着色器（接收插值后数据）

接下来：【渲染流水线】[光栅阶段]-[片元着色]以UnityURP为例-CSDN博客

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