在实时渲染中，光照计算是一个非常重要的环节。传统的前向渲染（Forward Rendering）在处理大量光源时，性能开销较大，尤其是在复杂场景中，每个物体都需要对所有光源进行计算。为了解决这个问题，延迟光照（Deferred Lighting）技术应运而生。延迟光照通过将光照计算延迟到屏幕空间，显著提高了渲染效率，特别是在处理大量光源时。
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本文将详细介绍Unity3D中的延迟光照技术，包括其工作原理、优缺点以及代码实现。
2. 延迟光照技术概述
2.1 什么是延迟光照？
延迟光照是一种渲染技术，它将光照计算从几何处理阶段延迟到屏幕空间。具体来说，延迟光照分为两个主要阶段：
几何处理阶段（Geometry Pass）：在这个阶段，场景中的几何信息（如位置、法线、材质属性等）被渲染到多个屏幕空间的缓冲区（G-Buffer）中。
光照处理阶段（Lighting Pass）：在这个阶段，使用G-Buffer中的信息，对每个像素进行光照计算。
2.2 延迟光照的优点
高效处理大量光源：由于光照计算是在屏幕空间进行的，每个像素只需要计算影响它的光源，而不是场景中的所有光源。
灵活的光照模型：可以在光照处理阶段使用复杂的光照模型，而不需要修改几何处理阶段的代码。
减少过度绘制：只有在最终屏幕上可见的像素才会进行光照计算，减少了不必要的计算。
2.3 延迟光照的缺点
内存开销：G-Buffer需要存储大量的信息，因此会占用较多的显存。
透明物体处理困难：延迟光照难以处理透明物体，通常需要额外的渲染通道。
抗锯齿问题：延迟光照与传统的MSAA（多重采样抗锯齿）不兼容，需要使用其他抗锯齿技术，如FXAA或TAA。
3. Unity3D中的延迟光照实现
Unity3D内置了对延迟光照的支持，开发者可以通过简单的设置启用延迟光照。下面我们将详细介绍如何在Unity3D中实现延迟光照。
3.1 启用延迟光照
在Unity3D中，延迟光照是通过渲染路径（Rendering Path）来控制的。要启用延迟光照，需要将摄像机的渲染路径设置为“Deferred”。
using UnityEngine;
public class SetDeferredRendering : MonoBehaviour
{
void Start()
{
Camera.main.renderingPath = RenderingPath.DeferredShading;
}
}
3.2 G-Buffer的组成
在延迟光照中，G-Buffer通常包含以下几个缓冲区：
深度缓冲区（Depth Buffer）：存储每个像素的深度信息。
法线缓冲区（Normal Buffer）：存储每个像素的法线信息。
漫反射颜色缓冲区（Albedo Buffer）：存储每个像素的漫反射颜色。
高光缓冲区（Specular Buffer）：存储每个像素的高光强度和粗糙度。
3.3 自定义延迟光照Shader
Unity3D允许开发者自定义延迟光照的Shader。下面是一个简单的延迟光照Shader示例：
Shader "Custom/DeferredLighting"
{
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
Pass
{
ZWrite On
ZTest LEqual
ColorMask RGB
Blend One One
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldPos : TEXCOORD0;
float3 worldNormal : TEXCOORD1;
};
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
float diff = max(0, dot(worldNormal, lightDir));
float3 diffuse = diff * _LightColor0.rgb;
return float4(diffuse, 1);
}
ENDCG
}
}
}
3.4 光照处理
在光照处理阶段，Unity3D会自动处理每个光源的光照计算。开发者可以通过编写自定义的光照Shader来扩展或修改光照模型。
Shader "Custom/DeferredLightingLight"
{
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
Pass
{
ZWrite Off
ZTest LEqual
ColorMask RGB
Blend One One
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldPos : TEXCOORD0;
};
v2f vert(appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos);
float atten = 1.0 / length(_WorldSpaceLightPos0.xyz - i.worldPos);
float3 lightColor = _LightColor0.rgb * atten;
return float4(lightColor, 1);
}
ENDCG
}
}
}
4. 总结
延迟光照技术通过将光照计算延迟到屏幕空间，显著提高了渲染效率，特别是在处理大量光源时。Unity3D内置了对延迟光照的支持，开发者可以通过简单的设置启用延迟光照，并通过自定义Shader来扩展或修改光照模型。
尽管延迟光照有一些缺点，如内存开销和透明物体处理困难，但在大多数情况下，它仍然是处理复杂光照场景的首选技术。希望本文能帮助你更好地理解Unity3D中的延迟光照技术，并在实际项目中应用它。
