Unity《Boat Attack》Demo幕后揭秘（下）

在昨日的推文中，针对Unity 发布的《Boat Attack》Demo中的植被、云朵、房屋等元素的制作过程进行了详细的介绍。今天我们将继续「通过API渲染来实现无缝的平面反射」这个话题与大家分享余下的创作经历。

（先来回顾上篇内容）

应用平面反射的完整方法如下：

private void ExecutePlanarReflections(ScriptableRenderContext context, Camera camera)
{
   // we dont want to render planar reflections in reflections or previews
   if (camera.cameraType == CameraType.Reflection || camera.cameraType == CameraType.Preview)
       return;

   UpdateReflectionCamera(camera); // create reflected camera
   PlanarReflectionTexture(camera); // create and assign RenderTexture

   var data = new PlanarReflectionSettingData(); // save quality settings and lower them for the planar reflections

   beginPlanarReflections?.Invoke(context, m_ReflectionCamera); // callback Action for PlanarReflection
   UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera(context, m_ReflectionCamera); // render planar reflections

   data.Restore(); // restore the quality settings
   Shader.SetGlobalTexture(planarReflectionTextureID, m_ReflectionTexture); // Assign texture to water shader
}

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这里我们使用了下述新的方法来渲染了平面反射镜头。

[UniversalRenderPipeline.RenderSingleCamera()]

由于使用了一个纹理（通过[Camera.targetTexture]设定）来渲染镜头，我们还取得了可用于之后水体渲染的渲染纹理RenderTexture。你可以在Github页面上查看完整的PlanarReflection脚本。

https://github.com/Verasl/BoatAttack/blob/master/Packages/com.verasl.water-system/Scripts/Rendering/PlanarReflections.cs

平面反射的构成。自左到右：原始平面反射镜头的输出，菲涅尔镜头调暗和法线偏移后的效果，最终水体着色，无平面反射的水体着色。

这里的回调主要是用于触发渲染，但它们也能有其他用处。比如，我们还能借其禁用平面反射镜头上的阴影。使用API可以让我们处理更加复杂的需求，有更全面的控制，若将行为硬编码进场景或预制件中，这是做不到的。

插入自定义渲染通道来实现特殊效果

在通用渲染管线中，渲染是基于ScriptableRenderPasses（可编程渲染通道）完成的，后者是设定渲染对象和方法的各种指令。许多的ScriptableRenderPasses排列起来后，便成为了ScriptableRenderer（可编程渲染器）。

另一部分是ScriptableRendererFeatures（可编程渲染器功能）。

这部分是用于储存自定义ScriptableRenderPasses数据的容器，可储存的数量不限，且支持任何类型的数据。

目前有两种ScriptableRenderer可开箱即用，ForwardRenderer（前向渲染器）和2DRenderer（2D渲染器）。ForwardRenderer支持插入不同的ScriptableRendererFeatures。

为了让ScriptableRendererFeatures的创建更加简便，我们加入了模板供用户使用，模板和C# MonoBehaviour脚本中的模板类似。你可以在项目视图中右击选择“Create→Rendering→Universal Pipeline→Renderer Feature”来创建模板。创建完成后，就可以在ForwardRendererData（前向渲染器数据）资源的Render Feature（渲染功能）列表中添加自己的ScriptableRendererFeature了。

在《Boat Attack》演示项目中，我们用ScriptableRendererFeatures为水体渲染添加了两种额外的渲染通道：一种用于焦散效果，另一种则是WaterEffects（水体效果）。

 

焦散效果

用于焦散的ScriptableRendererFeature为场景添加的渲染通道，可以在Opaque（不透明）和Transparent（透明）通道之间渲染一种自定义的焦散着色效果。通道会渲染一片与水面平行的大四边形，防止渲染到空中的像素。四边形随镜头移动，被固定在水面的高度上，然后着色器再叠加渲染屏幕中不透明通道的数据。

焦散渲染通道的构成。从左到右：深度纹理，基于深度信息重建的场景空间位置，根据场景空间位置贴上的焦散纹理，与不透明通道混合起来的最终效果。

你可以使用“CommandBuffer.DrawMesh”来绘制四边形，组成矩阵用于放置网格（位置由水体和镜头的坐标决定），然后设置起焦散材质。代码如下：

public class WaterCausticsPass : ScriptableRenderPass
{
   const string k_RenderWaterCausticsTag = "Render Water Caustics";
   public Material m_WaterCausticMaterial;
   public Mesh m_mesh;

   public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
   {
       var cam = renderingData.cameraData.camera;
       if(cam.cameraType == CameraType.Preview) // Stop the pass rendering in the preview
           return;

       // Create the matrix to position the caustics mesh.
       Vector3 position = cam.transform.position;
       position.y = 0; // TODO should read a global 'water height' variable.
       Matrix4x4 matrix = Matrix4x4.TRS(position, Quaternion.identity, Vector3.one);

       // Setup the CommandBuffer and draw the mesh with the caustic material and matrix
       CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(k_RenderWaterCausticsTag);
       cmd.DrawMesh(m_mesh, matrix    , m_WaterCausticMaterial, 0, 0);
       context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
       CommandBufferPool.Release(cmd);
   }
}

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水体效果

WaterFXPass实际效果的分屏演示。左边，最终渲染效果；右边，调试视图，水体上只显示了该通道的效果。

WaterFXPass要稍微复杂一点。我们制作该效果的目的是让对象能影响到水体，制造出波浪和浮沫。为此，我们将部分对象渲染到了一个看不到的RenderTexture上，使用了一个自定义着色器将不同的渲染信息写入纹理的通道上：在红色通道中将浮沫遮到水面上，X和Z轴的法线偏移分别在绿色和蓝色通道上，最后将水体错位效果放在了不透明度通道上。

WaterFXPass构成。自左到右：最终效果，用于生成场景空间法线贴图的绿色和蓝色通道，用于生成浮沫遮罩的红色通道，以及用于制作水体错位效果的不透明度通道（红色高度较高，黑色水平，蓝色较低）。

首先，我们以一半的分辨率制作了渲染纹理。接着，创建一个过滤器，来过滤出含有WaterFX着色通道的透明对象。

然后，使用“ScriptableRenderContext.DrawRenderers”

将对象渲染进场景。最终代码如下：

class WaterFXPass : ScriptableRenderPass
{
   const string k_RenderWaterFXTag = "Render Water FX";
   private readonly ShaderTagId m_WaterFXShaderTag = new ShaderTagId("WaterFX");
   private readonly Color m_ClearColor = new Color(0.0f, 0.5f, 0.5f, 0.5f); //r = foam mask, g = normal.x, b = normal.z, a = displacement
   private FilteringSettings m_FilteringSettings;
   RenderTargetHandle m_WaterFX = RenderTargetHandle.CameraTarget;

   public WaterFXPass()
   {
       m_WaterFX.Init("_WaterFXMap");
       // only wanting to render transparent objects
       m_FilteringSettings = new FilteringSettings(RenderQueueRange.transparent);
   }

   // Calling Configure since we are wanting to render into a RenderTexture and control cleat
   public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
   {
       // no need for a depth buffer
       cameraTextureDescriptor.depthBufferBits = 0;
       // Half resolution
       cameraTextureDescriptor.width /= 2;
       cameraTextureDescriptor.height /= 2;
       // default format TODO research usefulness of HDR format
       cameraTextureDescriptor.colorFormat = RenderTextureFormat.Default;
       // get a temp RT for rendering into
       cmd.GetTemporaryRT(m_WaterFX.id, cameraTextureDescriptor, FilterMode.Bilinear);
       ConfigureTarget(m_WaterFX.Identifier());
       // clear the screen with a specific color for the packed data
       ConfigureClear(ClearFlag.Color, m_ClearColor);
   }

   public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
   {
       CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(k_RenderWaterFXTag);
       using (new ProfilingSample(cmd, k_RenderWaterFXTag)) // makes sure we have profiling ability
       {
           context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
           cmd.Clear();

           // here we choose renderers based off the "WaterFX" shader pass and also sort back to front
           var drawSettings = CreateDrawingSettings(m_WaterFXShaderTag, ref renderingData,
               SortingCriteria.CommonTransparent);

           // draw all the renderers matching the rules we setup
           context.DrawRenderers(renderingData.cullResults, ref drawSettings, ref m_FilteringSettings);
       }
       context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
       CommandBufferPool.Release(cmd);
   }

   public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd)
   {
       // since the texture is used within the single cameras use we need to cleanup the RT afterwards
       cmd.ReleaseTemporaryRT(m_WaterFX.id);
   }
}

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这两个ScriptableRenderPasses通道全放在了一个ScriptableRendererFeature中。该功能包含了一个“Create()”函数，可用于设置资源，从UI传入设置信息。在渲染水体时，两个通道一般都一起使用，所以我们加入了将两个通道同时加进ForwardRendererData的功能。完整的代码在Github页面上。

https://github.com/Verasl/BoatAttack/blob/release/2019.3/Packages/com.verasl.water-system/Scripts/Rendering/WaterSystemFeature.cs

未来计划

在整个Unity 2019版本周期中，包括19.4LTS版，我们将持续更新项目。而自Unity 2020.1起，我们将以维护项目为主，确保其能正常运行，但不会再添加新的内容。

计划包括：

• 进一步完善日/夜循环（在通用渲染管线中整合进更多的功能，减少自定义的需要）。

• 打磨水体部分的UX/UI

• 应用“Imposter”假体

• 修整代码、调试性能

上篇内容发布后，有开发者反馈github的下载过程不太流畅。在此，为各位提供本文资源的另一下载渠道，希望能够帮助各位开发者深入理解《Boat Attack》Demo的制作思路和方法。

https://drive.google.com/file/d/1vXpbVC36GHnyC-Eitl1WpLay9l_YqJGQ/view

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