Unity引擎之实时渲染技术分析

解思璐 普金花 徐贵飞 张志翼

本文对Unity引擎的实时渲染技术进行了简要介绍，针对实时渲染技术在游戏领域的应用进行分析，并对实时渲染技术的优缺点进行了总结。

Unity引擎的实时渲染技术

与传统影视动画的瀑布流式制作方式不同，Unity可以让团队中不同的角色同步进行开发制作，不用相互等待。实时渲染工作流程所见即所得，导演可以在预演阶段直接进行场景中物体和摄像机的摆位，在Unity的Timeline中就可进行镜头的动态切换等工作。Unity还内置了功能丰富的后期处理模块，制作人员可以直接在Unity中进行动态模糊、景深、晕光、抗锯齿以及影视工业级画面调色的操作。某些版本的Unity还支持传统影视动画制作中所需的分层输出功能。

实时渲染技术在游戏领域的应用

随着游戏种类越来越多，传统的渲染管线難以满足游戏的需求。平时可以看到很多3D、光照非常多的游戏，也有2D的卷轴游戏，这些游戏用一条管线很难兼顾到的性能。因此，为了解决这些问题，Unity推出了可编程的渲染管线，让用户可以自定义渲染流程。例如一些裁剪或者绘制物体等，这些流程都可以按照自己的需要进行控制。该渲染管线有非常好的扩展性，针对原来的渲染管线有了很大提升，其中保留了经典的C++内核，提供了更多的接口，帮助用户尽可能实现自己的功能。该渲染管线还提供了2套模板分别是Lightweight和High模板。

Lightweight主要针对移动和XR平台，提供了非常方便的材质升级工具，渲染也和原来有所不同，采用了Single-Pass Forward Rendering，可以支持8盏像素光在一个批次进行渲染。

High分成六大功能，首先它的渲染管线有一个比较大的改变，渲染管线相对之前采用了新的模型，物理计算更精确。它在定制渲染管线时对用户更为透明，用户只要关注设置的属性，而不用关注选择什么样的管线。调试方面，提供了新的可以观察调试的窗口。

对于Unity推出的渲染管线不用再去选择配置，用户可根据自己的需求来设置渲染管线。一是增强了光照配置，能根据色温来控制颜色，支持更多的形状、支持光线颜色的效果；二是新增了区域光类型，支持实时区域光，区域光形状包括了矩形、圆形等形状。此外还新增了非常多的材质，包括彩虹色加透明漆材质、双面透明的效果等。

Unity推出的渲染管线中渐进光照烘焙同样也做了很大提升。实时渲染场景有很多灯光是在静态烘焙上取得，尤其是像间接光照，都是烘焙上去的。而渐进烘焙可以实时看到烘焙的过程，而且可以优先看到视图窗口显示的效果，给大家工作流就带来了非常大的便利和效率的提升。

实时渲染技术应用在游戏画面中，因为每一帧都要响应玩家输入带来的变化，所以游戏必须是实时渲染。因为每一帧的时间非常短暂（30帧的话，每帧就只有33 ms），所以实时渲染对计算的速度要求非常高，通过牺牲部分精确度来达到肉眼看起来不太假的效果即可。实时渲染一般是用并行计算能力很强的GPU来进行处理。

实时渲染技术的优缺点

实时渲染技术可以使游戏画面更加真实，给玩家一种身临其境的感觉，带给玩家不一样的视觉体验。

但是缺点也很明显，游戏中的实时光照、阴影、反射可以让效果看起来更真实，但是它们的性能消耗非常大，使用这些特效可以让objects渲染多次，会极大地影响性能，游戏渲染路径的选择也会影响这些特性对性能的消耗。

通过以上论述，可以知道Unity将相关项目技术不断应用在内部团队所制作的演示项目中，其中Unity的实时渲染技术在游戏领域应用非常广泛，除此之外Unity引擎的实时渲染技术同样也被好莱坞的导演大量使用，由此可以看出Unity实时渲染技术的实用性以及广泛性。