【渲染流水线】[应用阶段]-[定制裁剪]以UnityURP为例

除了常见的包围盒裁剪(Frustum Culling)和遮挡剔除(Occlusion Culling),还存在以下裁剪算法及其应用场景:

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

1. ‌层级剔除(Layer Culling)‌

  • 原理‌:基于Unity的Layer层级系统,动态禁用特定层级的渲染。例如:

    csharp 复制代码
    csharp
    Camera.main.cullingMask &= ~(1 << LayerMask.NameToLayer("UI"));// 剔除UI层
  • 业务逻辑‌:用于场景切换时隐藏非活动层(如隐藏后台场景的NPC层)。

2. ‌距离剔除(Distance Culling)‌

  • 原理 ‌:根据物体与摄像机的距离动态关闭渲染。URP中可通过LOD Group组件实现:

    csharp 复制代码
    csharp
    LODGroup group = GetComponent<LODGroup>();
    group.SetLODs(new LOD[] { new LOD(0.5f, renderers) });// 50%视距时切换LOD
  • 业务逻辑‌:优化开放世界地形渲染,远处物体使用低模或代理网格。

3. ‌视口裁剪(Viewport Culling)‌

  • 原理 ‌:仅渲染摄像机视口矩形内的内容。通过Camera.rect控制:

    csharp 复制代码
    csharp
    camera.rect = new Rect(0, 0, 0.5f, 1);// 仅渲染左半屏
  • 业务逻辑‌:分屏游戏或多画中画场景中减少冗余渲染。

自定义裁剪逻辑实现

‌1. 基于Shader的裁剪‌

  • 实现‌:在顶点着色器中手动丢弃片元:

    hlsl 复制代码
    hlsl
    if (worldPos.y < _CutoffHeight) discard; // 自定义高度裁剪
  • 应用‌:动态地形破坏效果中隐藏地下部分。

‌2. 脚本驱动的动态剔除‌

  • 示例‌:结合业务逻辑的裁剪系统:

    csharp 复制代码
    csharp
    void Update() {
        Renderer renderer = GetComponent<Renderer>();
        renderer.enabled = CheckBusinessLogic();// 自定义条件判断
    }
  • 案例‌:剧情触发时才显示特定物体(如任务道具)。

‌3. 混合剔除策略‌

  • 组合方案 ‌:在URP的RenderObjects特性中叠加多重条件:

    csharp 复制代码
    csharp
    RenderObjects renderFeature = scriptableRenderer.GetFeature<RenderObjects>();
    renderFeature.settings.filterSettings.LayerMask = customMask;// 混合层级+距离

性能优化建议

数据准备 ‌:将裁剪数据预加载至显存(如通过GraphicsBuffer)减少CPU-GPU传输。

  • GraphicsBuffer 是 Unity 中用于直接操作显存数据的底层 API,通过结构化缓冲区高效存储 GPU 可访问的数据(如裁剪信息、动态网格数据等)

  • 使用GraphicsBuffer预加载裁剪数据到显存的核心步骤示例

    • ‌1. 创建GraphicsBuffer‌

      csharp 复制代码
      csharp
      // 定义裁剪数据(如包围盒的8个顶点)
      Vector3[] boundsVertices = CalculateBoundsVertices();// 自定义计算逻辑// 创建GraphicsBuffer(显存缓冲区)
      GraphicsBuffer gpuBuffer = new GraphicsBuffer(
          GraphicsBuffer.Target.Structured,// 缓冲类型
          boundsVertices.Length,// 元素数量sizeof(float) * 3// 每个元素大小(Vector3=3*float)
      );

    • ‌2. 上传数据到显存‌

      csharp 复制代码
      csharp
      // 将CPU数据上传至GPU显存
      gpuBuffer.SetData(boundsVertices);
      
      // 绑定到Shader(通过全局变量或MaterialPropertyBlock)
      Shader.SetGlobalBuffer("_BoundsBuffer", gpuBuffer);

    • ‌3. Shader中读取裁剪数据‌

      hlsl 复制代码
      hlsl
      StructuredBuffer<float3> _BoundsBuffer; // 接收显存数据
      
      // 在顶点着色器中判断裁剪
      v2f vert (appdata v) {
          if (ShouldCull(_BoundsBuffer, v.vertex)) // 自定义裁剪逻辑
              clip(-1); // 丢弃片元
          // ...正常渲染逻辑
      }

    • ‌4. 释放资源(关键!)‌

      csharp 复制代码
      csharp
      void OnDestroy() {
          gpuBuffer?.Release();// 必须手动释放显存
      }

‌优化技巧‌
  1. 批量处理‌:合并多个物体的裁剪数据到同一Buffer,减少API调用:

    csharp 复制代码
    csharp
    GraphicsBuffer combinedBuffer = new GraphicsBuffer(...);
    combinedBuffer.SetData(CombineAllBounds(objects));
  2. 动态更新‌:仅当数据变化时重新上传:

    csharp 复制代码
    csharp
    if (boundsChanged) {
        gpuBuffer.SetData(newData);
    }
  3. ComputeShader加速‌:复杂裁剪逻辑可移至ComputeShader:

    hlsl 复制代码
    hlsl
    // ComputeShader内并行处理裁剪
    [numthreads(64,1,1)]
    void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID) {
        if (_BoundsBuffer[id.x].y < _CutoffHeight) {
            _VisibilityBuffer[id.x] = 0; // 标记不可见
        }
    }

‌性能对比‌

方法 CPU-GPU传输量 显存占用 适用场景
传统每帧SetData 数据频繁变化
GraphicsBuffer预加载 静态/半静态裁剪数据
ComputeShader 极低 大规模动态裁剪

‌调试建议‌

  • 使用RenderDoc验证显存数据是否正确上传
  • 通过Profiler监控Graphics.BlitSetData的调用开销
  • 在URP的Frame Debugger中检查裁剪结果
  • 调试工具 ‌:使用Frame Debugger验证裁剪效果,避免过度剔除。

以上方案可根据项目需求在URP的Forward Renderer Asset中配置或通过C#脚本扩展


【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

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