unity-shaders-rendering

Unity 着色器与渲染

概述

Unity 渲染系统、着色器开发、光照配置和视觉效果的参考。涵盖全部三种渲染管线、Shader Graph、手写着色器和 VFX Graph。

渲染管线对比

特性	Built-in RP	URP	HDRP
目标	旧版项目	移动设备、VR、广泛适用	高端 PC/主机
着色器语言	表面着色器 + HLSL	HLSL（无表面着色器）	HLSL
Shader Graph	是	是	是
SRP Batcher	否	是	是
渲染功能	否	是（ScriptableRendererFeature）	Custom Pass
后处理	Post Processing Stack v2	Volume 系统（内置）	Volume 系统（内置）
光线追踪	否	否（基于探针）	是（DXR）
性能	中等	针对规模优化	最高保真度

建议： 新项目使用 URP，除非只针对高端视觉效果（HDRP）。Built-in RP 已过时——尽可能迁移。

Shader Graph

入门

1. 在 Project 中右键单击：Create > Shader Graph > URP > Lit Shader Graph
2. 双击打开 Shader Graph 编辑器
3. 构建连接到 Master Stack 输出的节点网络
4. 使用该着色器创建 Material，并将其分配给渲染器

Master Stack 输出（URP Lit）

输出	类型	用途
Base Color	Color (RGB)	反照率/漫反射颜色
Normal	Vector3	切线空间法线贴图
Metallic	Float (0-1)	金属与电介质
Smoothness	Float (0-1)	粗糙度的反向值
Emission	Color (RGB)	自发光
Alpha	Float (0-1)	透明度
Alpha Clip Threshold	Float	Alpha 测试的截断阈值

常见节点模式

效果	关键节点
溶解	Noise > Step > Alpha Clip + 边缘发光
滚动 UV	Time > Multiply > Add to UV
菲涅耳辉光	Fresnel Effect > Multiply color > Emission
三平面映射	Triplanar 节点（避免 UV 拉伸）
颜色变化	使用参数或时间在颜色之间进行 Lerp
顶点位移	Noise > Multiply > Add to Position
轮廓	双通道：在自定义渲染功能中使用反转外壳

Shader Graph 子图

将可复用的节点组提取到子图中（Create > Shader Graph > Sub Graph）。可用于共享噪声函数、UV 变换或自定义光照模型。

手写着色器（ShaderLab + HLSL）

URP 着色器结构

Shader "Custom/SimpleUnlit"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }

    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes
            {
                float4 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionHCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            TEXTURE2D(_MainTex);
            SAMPLER(sampler_MainTex);

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
                float4 _MainTex_ST;
                half4 _Color;
            CBUFFER_END

            Varyings vert(Attributes IN)
            {
                Varyings OUT;
                OUT.positionHCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);
                OUT.uv = TRANSFORM_TEX(IN.uv, _MainTex);
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
            {
                half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);
                return tex * _Color;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

与 Built-in 着色器的主要区别：

• 使用 HLSLPROGRAM/ENDHLSL（而非 CGPROGRAM/ENDCG）
• 引入 URP 着色器库，而非 UnityCG.cginc
• 使用 TEXTURE2D/SAMPLER 宏（而非 sampler2D）
• 将属性封装在 CBUFFER_START(UnityPerMaterial) 中，以兼容 SRP Batcher

光照

光源类型

类型	用途	阴影开销
Directional	太阳、全局光照	低（级联阴影贴图）
Point	火把、灯具	中
Spot	手电筒、舞台灯	中
Area（仅烘焙）	柔和的窗光、面板	高（仅烘焙）

光照模式

模式	描述	最适用场景
实时	每帧计算	动态对象、少量光源
烘焙	预计算到光照贴图中	静态环境
混合	烘焙间接光 + 实时直接光	最佳平衡

光照贴图烘焙技巧

• 根据场景规模设置光照贴图分辨率（室内为每单位 10-40 个纹素）
• 在烘焙场景中使用 Light Probes 处理动态对象
• 对金属/反射表面使用 Reflection Probes
• 启用 GPU Lightmapper，以加快烘焙速度
• 在 Static 标记中将对象标记为 Contribute GI

后期处理（体积系统）

Setup:
1. Add a Volume (Global or Local) to the scene
2. Create a Volume Profile asset
3. Add overrides: Bloom, Color Adjustments, Tonemapping, etc.
4. Camera must have Post Processing enabled (URP Camera settings)

效果	性能开销	说明
泛光	低	使用阈值控制强度
颜色调整	极低	饱和度、对比度、颜色滤镜
色调映射	极低	使用 ACES 呈现电影感
暗角	极低	使画面边缘变暗
环境光遮蔽（SSAO）	中	在移动设备上禁用
景深	高	仅在电影场景中使用散景
运动模糊	中	可能导致 VR 晕动症

VFX Graph 与粒子系统的比较

功能	粒子系统（Shuriken）	VFX Graph
执行位置	CPU	GPU（计算着色器）
粒子数量	数千	数百万
复杂度	基于组件，简单	基于节点，复杂
平台	所有平台	仅支持计算着色器的平台
集成	物理、碰撞	物理支持有限

对于与游戏玩法集成的效果（物理碰撞、少量粒子），请使用粒子系统。对于视觉盛景（雨、火焰、魔法、环境粒子），请使用 VFX Graph。

URP 渲染功能

使用自定义 ScriptableRendererFeatures 扩展 URP 渲染：

public class OutlineFeature : ScriptableRendererFeature
{
    OutlinePass _pass;

    public override void Create()
    {
        _pass = new OutlinePass();
        _pass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data)
    {
        renderer.EnqueuePass(_pass);
    }
}

常见用途：自定义描边、屏幕空间效果、生成渲染纹理、基于模板缓冲的效果。

其他资源

参考文件

• references/shader-recipes.md -- 完整的着色器实现：卡通／赛璐珞着色、水、溶解、全息图、力场、程序化天空盒、模板传送门、顶点动画、自定义光照模型
• references/lighting-vfx-detail.md -- 高级光照设置、GI 故障排查、VFX Graph 指南（火焰、烟雾、电流、传送门）、Scriptable Render Pipeline 自定义、自定义渲染通道