阅读目录(Content)

• 1.前言
• 2.Feature
• 2.1 PropertyMaster
• 2.2 AxelF
• 2.3 DepthOfFieldAutoFocus
• 2.3.1 Compute Shader部分
• 2.3.2 对后处理景深组件的修改
• 2.4 GrassOcclusion
• 2.4.1 整个场景的大AO图烘焙
• 2.4.2 渲染管线中的运用
• 2.5 LayerCulling
• 2.6 OcclusionProbes
• 2.7 StaggeredCascade
• 2.8 TerrainFoley
• 3.其他关注点
• 3.1 HDRP修改
• 3.2 性能统计
• 3.3 Object Space法线的运用

1.前言

一转眼离Book of the Dead Environment Demo开放下载已过去多年，当时因为技术力有限，以及对HDRP理解尚浅，

所以这篇文章一直搁浅到了现在。如今工作重心已转向UE。Unity方面也对新版本的HDRP有了一些认知，故感触颇多。

Book of the Dead——死者之书，是Unity2018年展示的Demo作品。

主要展现HDRP的运用、源码修改展示，音频处理方案等。

该版本Demo百度网盘地址：

链接：https://pan.baidu.com/s/1UBY0EcAGLwRJEW1VaDyUgQ
提取码：f47c

打开使用版本：unity2018.2.21f1

2.Feature

下面直接对Demo中Feature文件夹中的技术内容进行展开。

2.1 PropertyMaster

该模块链接了Volume数值与具体组件对象，贯穿整个项目，

因此提前讲解。

脚本中的PropertyVolumeComponentBase、PropertyVolumeComponent继承自VolumeComponent

继承了VolumeComponent也就是说可以在Volume中被加载，因此项目里继承了PropertyVolumeComponent

的那些组件也就可以挂载于Volume中：

而Volume绑定的是通用组件，无法和场景中的具体对象绑定或是数值同步。这时候

扩展的PropertyVolumeComponent就出现作用了：

public abstract class PropertyVolumeComponent<X> : PropertyVolumeComponentBase        where X : PropertyVolumeComponent<X> {    static PropertyVolumeComponent() {        PropertyMaster.componentTypes.Add(typeof(X));    }}

PropertyMaster.componentTypes会记录需要和场景中具体对象绑定的所有类型，然后做这一步操作：

public void UpdateProperties() {//在PropertyMaster类里    var manager = VolumeManager.instance;    var stack = manager.stack;//拿到当前Volume    if (updateVolumes && volumeTrigger && volumeLayerMask != 0)        manager.Update(volumeTrigger, volumeLayerMask);    foreach (var type in componentTypes) {//刚刚缓存的类型        var component = (PropertyVolumeComponentBase) stack.GetComponent(type);        if (component.active)            component.OverrideProperties(this);    }}

PropertyMaster实现了IExposedPropertyTable接口，在上述代码的OverrideProperties处，

将自己注入进去，再通过ExposedReference和名称的Guid匹配，拿到对应场景对象。

关于ExposedRenference具体可以看这篇测试：https://www.cnblogs.com/hont/p/15815344.html

PropertyInspector则提供Volume信息的Debug，在编辑器下获取到属于当前Layer的Volume，以方便查看：

最后会在每次HDRenderPipeline.OnBeforeCameraCull处更新一次绑定信息，保证每帧的数值都是最新的。

总结来说，PropertyMaster的做法适合如URP RenderFeature、HDRP Custom Volume之类组件的场景对象解耦。

2.2 AxelF

AxelF是项目里对声音部分进行处理的一个模块，查看项目中的音频环境配置；需打开场景文件AudioZones：

该模块分为如下部分：

• • Patch 不同音频对象的最小单位，ScriptableObject对象。可内嵌多个音源，设置是否随机播放，序列播放等
  • Zone 不同音频区域的空间标记，内部存放所有Zone的静态List，在Heartbeat类的Update中统一更新。并且存放了AudioEmitter的引用，当角色进入Zone后触发AudioEmitter。
  • AudioEmitter 音频播放组件，OnEnable时调用Sequencer播放Patch。
  • Heartbeat 音频统一更新组件，负责其他几个部分的Update统一更新，绑定玩家位置等。

通过场景中摆放不同Zone，来控制角色到达不同位置时声音的播放逻辑。

该模块的SceneGUI处理较为有趣：

其使用对象位置信息在SceneGUI部分绘制HelpBox风格GUI，具体可查看DrawZoneLabelStatic方法。

部分逻辑：

 m.y = l.y + 1f; EditorGUI.HelpBox(m, y.text, MessageType.None); EditorGUI.DropShadowLabel(l, x); GUI.color = c; Handles.EndGUI();

2.3 DepthOfFieldAutoFocus

该模块有如下特点：

• • Compute Shader写入RWStructedBuffer，再传入屏幕Shader的无缝链接
  • Compute Shader传入RWStructedBuffer后，数据不取回放在GPU端自动更新
  • 增加IDepthOfFieldAutoFocus接口，对原先景深功能的修改。

2.3.1 Compute Shader部分

在C#端对自动对焦需要的参数做ComputeShader部分传入(ComputeShader的线程数是1，一会会讲)：

void Init(float initialFocusDistance)    {        if (m_AutoFocusParamsCB == null)        {            m_AutoFocusParamsCB = new ComputeBuffer(1, 12);            m_ResetHistory = true;        }        if (m_AutoFocusOutputCB == null)            m_AutoFocusOutputCB = new ComputeBuffer(1, 8);...

CS端通过比对四个斜方向深度，得到最新焦距并插值更新(Depth方法也在这个CS里)：

float3 duv = float3(1.0, 1.0, -1.0) * 0.01;float focusDistance = Depth(0);focusDistance = min(focusDistance, Depth( duv.xy));//1,1focusDistance = min(focusDistance, Depth( duv.zy));//-1,1focusDistance = min(focusDistance, Depth(-duv.zy));//1,-1focusDistance = min(focusDistance, Depth(-duv.xy));//-1,-1focusDistance = max(focusDistance, _FocalLength);

然后更新后的RWStructedBuffer，直接写回自身，是放在GPU端一直更新的：

AutoFocusParams params = _AutoFocusParams[0];params.currentFocusDistance = SmoothDamp(params.currentFocusDistance, focusDistance, params.currentVelocity);_AutoFocusParams[0] = params;

最后输出：

Output(params.currentFocusDistance);

接着，到了后处理阶段，shader DepthOfField.hlsl，直接拿到刚刚处理过的RWStructedBuffer获取数据：

//custom-begin: autofocus#if AUTO_FOCUS    struct AutoFocusOutput    {        float focusDistance;        float lensCoeff;    };    StructuredBuffer<AutoFocusOutput> _AutoFocusOutput : register(t3);    float2 GetFocusDistanceAndLensCoeff()    {        return float2(_AutoFocusOutput[0].focusDistance, _AutoFocusOutput[0].lensCoeff);    }#else

到这里，完成了焦距信息的传入。

之前第一次打开Book of the Dead，看见这种做法不理解，为什么一个线程的信息也要用Compute Shader去做，后来

接触到RWStructedBuffer处理完直接丢Shader这种做法(不支持StructedBuffer，必须是RW才能丢)，发现这么用确实省了带宽，

另外由于自动对焦涉及到屏幕信息读取，还是属于GPU部分擅长的操作，因此Demo中才用Compute Shader来做这个。

2.3.2 对后处理景深组件的修改

虽然自己扩展也可以，但不如直接改后处理中的Depth of View，与渲染管线的修改关键字不同，

查看修改处，需要搜索该关键字：

//custom-begin: autofocus

其修改部分位于_LocalPackages中：

首先，在PostProcessLayer.cs中定义了字段：

//custom-begin: autofocus        public Object depthOfFieldAutoFocus;//custom-end

方便直接把自动对焦组件链接到PostProcessLayer中：

然后定义了一个接口：

//custom-begin: autofocus    public interface IDepthOfFieldAutoFocus {        void SetUpAutoFocusParams(CommandBuffer cmd, float focalLength /*in meters*/, float filmHeight, Camera cam, bool resetHistory);    }//custom-end

在上下文中也存放了自动对焦组件的引用，在每帧后处理渲染时，调用接口方法，更新自动对焦逻辑：

public override void Render(PostProcessRenderContext context){...//custom-begin: autofocus            if (context.depthOfFieldAutoFocus != null)                context.depthOfFieldAutoFocus.SetUpAutoFocusParams(cmd, f, k_FilmHeight, context.camera, m_ResetHistory);//custom-end...

在自动对焦逻辑中，每帧会调用Dispatch更新ComputeShader：

cmd.DispatchCompute(m_Compute, 0, 1, 1, 1);

2.4 GrassOcclusion

GrassOcclusion通过烘焙植被AO，增强植被部分在画面中的表现。

文件目录结构如下：

该模块分为如下部分：

• • 单个植被通过OcclusionProbes烘焙出单个植被顶视图AO Texture，一般64x64
  • 整个场景植被通过地形拿到数据，拼接这些单个植被AO图，生成一张2048x2048的大AO图，然后再在shader里整合

关于单个植被的AO烘焙，可以打开BakeGrassOcclusion场景查看，它通过OcclusionProbes烘焙，通过脚本SaveOcclusionToTexture储存。

接下来讲解整个场景的大AO图烘焙。

2.4.1 整个场景的大AO图烘焙

参数配置可以看prefab GrassOcclusion：

Grass Prototypes 存放所有烘焙好的单个植被引用。Terrain链接的是场景地形文件。

当点击Bake烘焙时，会进入GrassOcclusion.Editor.cs的Bake函数。

先进行一些变量准备工作，通过地形拿到所有植被：

TreeInstance[] instances = m_Terrain.terrainData.treeInstances;TreePrototype[] prototypes = m_Terrain.terrainData.treePrototypes;

此处有一个地形缩放的魔数：

float magicalScaleConstant = 41.5f; //yea, I knowfloat terrainScale = magicalScaleConstant / m_Terrain.terrainData.size.x;

然后创建一张RT：

RenderTexture rt = RenderTexture.GetTemporary(m_Resolution, m_Resolution, 0, RenderTextureFormat.ARGB32, RenderTextureReadWrite.Linear);Graphics.SetRenderTarget(rt);

遍历所有单个植被，具体会根据植被的旋转等信息进行匹配操作，这里不深入：

foreach(GrassPrototype p in m_GrassPrototypes)            SplatOcclusion(p, instances, prototypes, m_Material, terrainScale, m_NonTerrainInstances, worldToLocal);

不过SplatOcclusion函数中DrawProcedural稍微说下：

Graphics.DrawProcedural(MeshTopology.Triangles, vertCount, instanceCount);

这里就是有多少个实例就是多少个绘制pass(烘焙阶段的)，以每次画一个四边面进行绘制。

最后会顺便存下高度图，然后统一存入GrassOcclusionData(ScriptableObject)中。

具体应用到场景中的数据可以在Scenes/Forest_EnvironmentSample下查看。

2.4.2 渲染管线中的运用

GrassOcclusion这一步的操作是通过改渲染管线实现的，可在修改后的HDRP中查找关键字：

//forest-begin

当获取Grass部分AO时，借助GrassOcclusion传入的全局信息会进行计算，在HDRP Shader中逻辑代码如下：

float SampleGrassOcclusion(float3 positionWS){    float3 pos = mul(_GrassOcclusionWorldToLocal, float4(positionWS, 1)).xyz;    float terrainHeight = tex2D(_GrassOcclusionHeightmap, pos.xz).a;    float height = pos.y - terrainHeight * _GrassOcclusionHeightRange;    UNITY_BRANCH    if(height < _GrassOcclusionCullHeight)    {        float xz = lerp(1.0, tex2D(_GrassOcclusion, pos.xz).a, _GrassOcclusionAmountGrass);        return saturate(xz + smoothstep(_GrassOcclusionHeightFadeBottom, _GrassOcclusionHeightFadeTop, height));        // alternatively:            // float amount = saturate(smoothstep(_GrassOcclusionHeightFade, 0, pos.y) * _GrassOcclusionAmount);        // return lerp(1.0, tex2D(_GrassOcclusion, pos.xz).a, amount);    }    else        return 1;}

最后会根据相对高度进行一次渐变混合，部分OcclusionProbes的逻辑将在下面讲解。

2.5 LayerCulling

LayerCulling主要是对Unity不同层显示距离控制接口的封装。

Unity在很早的版本就有提供针对不同Layer的剔除接口：

Layer视距剔除：

var distances = Enumerable        .Repeat(Camera.main.farClipPlane, 32)        .ToArray();distances[12] = 3f;//Layer12的剔除距离为3testCamera.layerCullDistances = distances;//!一定要以数组赋值，否则无效testCamera.layerCullSpherical = true;//是否以球形为基准剔除

Layer平行光阴影剔除：

testLight.layerShadowCullDistances = distances;

在项目场景Forest_EnvironmentSample中，搜索LayerCulling，即可找到对应的剔除配置：

2.6 OcclusionProbes

之前的GrassOcclusion用了OcclusionProbes烘焙单个植被的AO，这里OcclusionProbes覆盖整个场景，

将场景的遮蔽信息储存进ScriptableObject。

这部分主要讲述

• • 调用内部接口烘焙遮蔽探针，存入Texture3D
  • 解包Unity环境SH，一起丢入Shader
  • Shader部分整合计算得到AO值

首先，我们可以从场景中挂载的OcclusionProbes处开始，它会绑定Lightmapping烘焙接口：

void AddLightmapperCallbacks(){    Lightmapping.started += Started;    Lightmapping.completed += Completed;}

当烘焙开始时将调用到Started函数，函数中会去设置探针位置等初始化操作。

烘焙结束后，调用Completed函数。

在函数里可以直接拿到烘焙好的遮蔽信息：

Vector4[] results = new Vector4[count];if (!UnityEditor.Experimental.Lightmapping.GetCustomBakeResults(results))

然后Data和DataDetail会分别转换成3DTexture进行储存（项目里没有用Detail数据)：

Color32[] colorData = new Color32[length];for (int i = 0; i < length; ++i){    byte occ = (byte)Mathf.Clamp((int)(data[i].x * 255), 0, 255);    colorData[i] = new Color32(occ, occ, occ, occ);}tex.SetPixels32(colorData);

除了遮蔽的3DTexture信息，OcclusionProbes还会存一份环境SH，用于后期参与计算：

public AmbientProbeData m_AmbientProbeData;

这个SH(球谐探针)是从RenderSettings.ambientProbe获取的，并且做了修正操作：

 var ambientProbe = RenderSettings.ambientProbe; m_AmbientProbeData.sh = new Vector4[7]; // LightProbes.GetShaderConstantsFromNormalizedSH(ref ambientProbe, m_AmbientProbeData.sh); GetShaderConstantsFromNormalizedSH(ref ambientProbe, m_AmbientProbeData.sh); EditorUtility.SetDirty(m_AmbientProbeData);

这样，有了SH和3DTexture遮蔽信息，下一步可以看下Shader里如何进行整合的。

这部分或许不重要，因为调用了Unity的接口，无法看到具体的算法或者代码逻辑是什么。

下面是HDRP shader整合部分。

在MaterialUtilities.hlsl，SampleOcclusionProbes中，有获取环境3DTexture AO值的操作：

float SampleOcclusionProbes(float3 positionWS){    // TODO: no full matrix mul needed, just scale and offset the pos (don't really need to support rotation)    float occlusionProbes = 1;    float3 pos = mul(_OcclusionProbesWorldToLocalDetail, float4(positionWS, 1)).xyz;    UNITY_BRANCH    if(all(pos > 0) && all(pos < 1))    {        occlusionProbes = tex3D(_OcclusionProbesDetail, pos).a;    }    else    {        pos = mul(_OcclusionProbesWorldToLocal, float4(positionWS, 1)).xyz;        occlusionProbes = tex3D(_OcclusionProbes, pos).a;    }    return occlusionProbes;}

这里用_OcclusionProbesWorldToLocalDetail，将位置转换为本地位置，因为外面场景OcclusionProbes对象设置了缩放

通过这个缩放转回本地坐标之后，就是0-1范围内的值了。这算是一个小技巧。

拿到存在3DTexture中的环境AO后，再乘上之前计算的GrassOcclusion，得到skyOcclusion：

float SampleSkyOcclusion(float3 positionRWS, float2 terrainUV, out float grassOcclusion){    float3 positionWS = GetAbsolutePositionWS(positionRWS);    grassOcclusion = SampleGrassOcclusion(terrainUV);    return grassOcclusion * SampleOcclusionProbes(positionWS);}

并且skyOcclusion存放在surfaceData里：

surfaceData.skyOcclusion = SampleSkyOcclusion(input.positionRWS, grassOcclusion);

刚刚说还存了环境SH，在SampleBakedGI里，刚好拿计算好的skyOcclusion乘上_AmbientProbeSH，

再加在环境GI的SH上，也就是将天光信息加在当前场景位置采样到的光照探针上：

//forest-begin: sky occlusion        #if SKY_OCCLUSION            SHCoefficients[0] += _AmbientProbeSH[0] * skyOcclusion;            SHCoefficients[1] += _AmbientProbeSH[1] * skyOcclusion;            SHCoefficients[2] += _AmbientProbeSH[2] * skyOcclusion;            SHCoefficients[3] += _AmbientProbeSH[3] * skyOcclusion;            SHCoefficients[4] += _AmbientProbeSH[4] * skyOcclusion;            SHCoefficients[5] += _AmbientProbeSH[5] * skyOcclusion;            SHCoefficients[6] += _AmbientProbeSH[6] * skyOcclusion;       #endif//forest-end

注1：demo中这么乘做法比较粗暴。

注2：Unity存的SH有一部分计算放在了CPU端进行了化简，主要是sh[6](l2,r0)部分常数加在了sh[0](l0,r0)上，

通过SphericalHarmonicsL2走Unity内部传入shader的球谐，会自动做转换，而_AmbientProbeSH是外部传入，所以要做

这样一个转换。(这部分资料比较少，不保证正确）

对于OcclusionProbes的做法，个人觉得更像是经验方案。或许可以弥补当前GI方案的不足，但只靠叠AO去改善画面的话

，很难说是物理正确的。

2.7 StaggeredCascade

交错阴影主要指CSM(级联阴影)的后面几级级联拆分到不同帧，分开更新。

这部分不做展开，感兴趣可以搜索一些资料，也是比较多的。

2.8 TerrainFoley

Foley指通过传统方法手工制作的音效(https://zhuanlan.zhihu.com/p/42927286)，这里的Foley主要指角色经过草丛，

或角色周围所听到的音效，和控制这些音效的逻辑。

TerrainFoley部分主要通过地形API，拿到地形不同部分对应的音效信息。通过PlayerFoley类，去进行实时监听和更新。

例如获得当前所踩位置，脚步音效的部分：

var terrainFoley = TerrainFoleyManager.current;footstepIndex = _foleyMap.GetFoleyIndexAtPosition(position, terrainFoley.splatMap);footstep = foley.footsteps[footstepIndex];

这部分具体可参考TerrainFoleyManager.cs

3.其他关注点

3.1 HDRP修改

当时的版本还不算完善，整体流程也不是像新版本走RenderGraph驱动的。

关于项目中的修改处，具体可搜索关键字：

//forest-begin

例如当时增加了VelocityBuffer到GBuffer，去实现运动模糊，

而现在HDRP已经支持了运动模糊：

//forest-begin: G-Buffer motion vectors                if(hdCamera.frameSettings.enableGBufferMotionVectors)                    cmd.EnableShaderKeyword("GBUFFER_MOTION_VECTORS");                else                    cmd.DisableShaderKeyword("GBUFFER_MOTION_VECTORS");                var gBuffers = m_GbufferManager.GetBuffersRTI(enableShadowMask);                if(hdCamera.frameSettings.enableGBufferMotionVectors) {                    m_GBuffersWithVelocity[0] = gBuffers[0];                    m_GBuffersWithVelocity[1] = gBuffers[1];                    m_GBuffersWithVelocity[2] = gBuffers[2];                    m_GBuffersWithVelocity[3] = gBuffers[3];                    m_GBuffersWithVelocity[4] = m_VelocityBuffer.nameID;                    gBuffers = m_GBuffersWithVelocity;                }                HDUtils.SetRenderTarget(cmd, hdCamera, gBuffers, m_CameraDepthStencilBuffer);//forest-end:

很多改动更像是为了补充HDRP未完成的功能。

3.2 性能统计

在MiniProfiler.cs中，运用到一个Unity当时新提供的API，可以直接在IMGUI中输出Profile项：

RecorderEntry[] recordersList ={    new RecorderEntry() { name="RenderLoop.Draw" },    new RecorderEntry() { name="Shadows.Draw" },    new RecorderEntry() { name="RenderLoopNewBatcher.Draw" },    new RecorderEntry() { name="ShadowLoopNewBatcher.Draw" },    new RecorderEntry() { name="RenderLoopDevice.Idle" },};

void Awake() {    for(int i = 0; i < recordersList.Length; i++) {        var sampler = Sampler.Get(recordersList[i].name);        if(sampler != null) {            recordersList[i].recorder = sampler.GetRecorder();        }    }}

具体可搜索sampler.GetRecorder()进行了解学习。

3.3 Object Space法线的运用

项目中的植被为了防止LOD跳变，使用了Object Space Normal Map(OSNM)，而现在最新的HDRP

版本直接提供了法线空间模式切换的选项：

可以想象模型有一个面，法线贴图让其法线向上偏移45度。

此时增加一个lod级别，该面片与另外一个面合并，变成一个向上倾斜的新面，

若用切线空间则法线在原偏移上又向上偏移了45度；而对象空间则依然不变。