【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達

• URP中主要包含以下幾種着色模型

  • Lit 光照
  • Complex Lit 複雜光照
  • Simple Lit 簡單光照
  • Baked Lit 烘焙光照
  • Unlit 非光照
  • Terrain Lit 地形光照
  • Particles Lit 粒子光照
  • Particles Simple Lit 粒子簡單光照
  • Particles Unlit 粒子非光照

物理基準着色器 (Physically Based Shading)

‌原理‌：

物理基準着色器是基於物理渲染(PBR)原理的着色模型，它模擬光線與材質表面的物理交互行為。該模型遵循能量守恆定律，使用金屬度/粗糙度工作流或鏡面反射/光澤度工作流來描述材質屬性。

• 該着色模型遵循以下原則：

  • 能量守恆 Energy conservation：表面反射光的量不會超過其接收到的全部光能，除非對象本身會發光（如霓虹燈）。
  • 微觀幾何 Microgeometry：物體表面在微觀層面存在幾何結構。一些物體擁有平滑的微觀幾何，呈現出類似鏡面的反射；另一些物體較粗糙，看起來更暗淡。在 URP 中，你可以通過調節物體表面的平滑度來模擬這種效果。

光線照射到物體表面時，部分光會被反射，部分光會折射。反射光被稱為鏡面反射（Specular Reflection），其強度取決於攝像機方向和光線入射角（angle of incidence)）。該模型中，鏡面高光的形狀用 GGX 函數進行近似。

對於金屬表面，表面會吸收並改變光線；對於非金屬（也稱介電質（dielectric））表面，光線被部分反射。

光衰減僅受光照強度的影響，這意味着不必增大光的範圍來調整衰減。

更多物理基於渲染 (PBR) 的原理，參閲 Joe Wilson 在 Marmoset 編寫的詳細介紹。

‌特點‌：

• 使用微表面理論模擬表面細節
• 區分金屬和非金屬材質的光照響應
• 支持環境光遮蔽和間接光照
• 提供高度可定製的材質參數

‌內置着色器‌：

• Universal Render Pipeline/Lit (標準PBR着色器)
• Universal Render Pipeline/Complex Lit (支持更多貼圖通道的高級PBR着色器)
• Universal Render Pipeline/TerrainLit (地形標準PBR着色器)
• Universal Render Pipeline/Baked Lit (用於光照貼圖的PBR着色器)
• Universal Render Pipeline/Particles Lit (用於粒子光照貼圖的PBR着色器)

簡單着色 (Simple Shading)

‌原理‌：

簡單着色模型提供基本的漫反射和高光計算，不遵循嚴格的物理規則，計算量較小。它使用蘭伯特漫反射和馮氏高光模型，適合性能要求較高的場景或風格化渲染。

在簡單着色模型中，材質分別反射漫反射和鏡面光，但二者之間並無能量關聯。由於材質屬性的設置，物體反射的總光量可能會超出入射光量。此外鏡面反射強度僅隨攝像機方向變化。

光衰減僅受光照強度影響。

‌特點‌：

• 計算開銷低
• 不依賴複雜的材質參數
• 適合移動平台或低端硬件
• 可用於卡通渲染等非真實感渲染

‌內置着色器‌：

• Universal Render Pipeline/Simple Lit (基礎光照着色器)
• Universal Render Pipeline/Particles Simple Lit (粒子基礎光照着色器)

烘焙着色 (Baked Shading)

‌原理‌：

烘焙着色模型使用預計算的光照信息(光照貼圖)來渲染物體，運行時不需要進行實時光照計算。光照信息在編輯器階段通過光照烘焙生成，存儲在紋理中。

採用烘焙着色模型的材質不支持實時光照，只能通過烘焙光照（如 lightmaps 或 Light Probes）接收光照。這在性能開銷較小的前提下為場景增加一定深度，非常適合運行在低端平台上的遊戲。

URP 的 Baked Lit Shader 是唯一使用烘焙着色模型的着色器。

‌特點‌：

• 運行時性能極高
• 光照效果是靜態的
• 支持全局光照效果
• 需要提前烘焙光照

‌內置着色器‌：

• Universal Render Pipeline/Baked Lit (支持光照貼圖的着色器)
• Universal Render Pipeline/Lit (當配置為烘焙光照時)

無光照 (Unlit)

‌原理‌：

無光照模型完全跳過光照計算，僅使用材質的基礎顏色或紋理進行渲染。它是最簡單的着色模型，適用於UI元素、全息效果或特殊視覺風格。

URP 提供了一些無光照類型（unlit-type）的着色器。使用此類着色器的材質既不會受到實時光照，也不受烘焙光照影響。無光照着色器能讓你為場景中的對象創造獨特的視覺風格，其編譯速度也比含光照的着色器快得多。

‌特點‌：

• 完全不考慮光照
• 性能最優
• 可用於發光物體或自發光效果
• 適合需要完全控制外觀的情況

‌內置着色器‌：

• Universal Render Pipeline/Unlit (基礎無光照着色器)
• Universal Render Pipeline/ParticlesUnlit (粒子基礎無光照着色器)

對比總結

每種着色模型在URP中都有特定的應用場景，開發者可以根據項目需求在性能和質量之間做出權衡選擇。物理基準着色器適合追求真實感的場景，簡單着色適合移動或風格化項目，烘焙着色適合靜態環境，而無光照則用於特殊效果或UI元素。

【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達
（歡迎點贊留言探討，更多人加入進來能更加完善這個探索的過程，🙏）