Unity3D URP 内置CSM分帧详解

news2024/9/21 11:05:12

技术详解

Unity3D的Universal Render Pipeline (URP) 提供了强大的渲染功能，其中内置的Cascaded Shadow Maps (CSM) 是一种用于大场景阴影渲染的高效技术。CSM通过将视锥体从近到远划分为多个层级，并为每个层级生成一张相同分辨率的深度图（ShadowMap），从而在不同区域下得到精度不同的阴影。然而，随着层级的增加，绘制ShadowMap的性能开销也会显著增加。为了优化这一性能问题，URP支持CSM的分帧优化技术。

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分帧优化思路：

分帧优化技术的基本思路是，对于远处的ShadowMap，不必每帧都进行更新，而是可以每N帧才绘制一次。这样可以显著减少GPU的负载，提高渲染效率。具体实现时，可以根据层级的远近设置不同的更新频率，例如第0级（最近）每帧都更新，第1级隔1帧更新，第2级隔3帧更新，第3级隔7帧更新等。

主要步骤：

设置Shadow Cascades：在Unity的Quality Settings中设置Shadow Cascades的数量，并调整每个层级的距离范围。
修改ShadowMap的更新频率：通过修改URP的ShadowCasterPass或相关脚本，控制每个层级ShadowMap的更新频率。
使用掩码和按位与运算：通过掩码和按位与运算判断当前帧是否需要更新某个层级的ShadowMap。
优化Clear操作：避免每帧都Clear整张RT（Render Target），而是针对每个层级的ShadowMap进行Clear操作。
处理UI相机和Overdraw问题：确保UI相机不会在每帧Clear掉整张RT，同时处理可能因分帧优化导致的Overdraw问题。

代码实现

以下是一个简化的代码示例，展示了如何在Unity URP中修改ShadowCasterPass以支持CSM的分帧优化。

	// 假设有一个ShadowCasterPass的派生类，用于控制ShadowMap的绘制
	public class CustomShadowCasterPass : ShadowCasterPass
	{
	// 层级更新频率的掩码
	private int[] cascadeUpdateMasks = new int[] { 0xFFFFFFFF, 0xAAAAAAAA, 0xCCCCCCCC, 0xF0F0F0F0 };

	// 当前帧的计数器
	private int frameCounter = 0;

	protected override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
	{
	// 检查是否需要更新当前层级的ShadowMap
	bool shouldUpdate = (cascadeUpdateMasks[currentCascadeIndex] & (1 << (frameCounter % 32))) != 0;

	if (shouldUpdate)
	{
	// 执行ShadowMap的绘制
	base.Execute(context, ref renderingData);

	// 清除当前层级的ShadowMap（如果需要）
	// 注意：这里需要根据实际情况调整Clear操作
	// ShadowUtils.RenderShadowSlice(context, ...);
	}

	// 更新帧计数器
	frameCounter++;
	}

	// 其他必要的函数和方法...
	}