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1.前言
一转眼离Book of the Dead Environment Demo开放下载已过去多年，当时因为技术力有限，以及对HDRP理解尚浅，
所以这篇文章一直搁浅到了现在。如今工作重心已转向UE。Unity方面也对新版本的HDRP有了一些认知，故感触颇多。
Book of the Dead——死者之书，是Unity2018年展示的Demo作品。
主要展现HDRP的运用、源码修改展示，音频处理方案等。
该版本Demo百度网盘地址：
链接：https://pan.baidu.com/s/1UBY0EcAGLwRJEW1VaDyUgQ
提取码：f47c
打开使用版本：unity2018.2.21f1
2.Feature
下面直接对Demo中Feature文件夹中的技术内容进行展开。
2.1 PropertyMaster
该模块链接了Volume数值与具体组件对象，贯穿整个项目，
因此提前讲解。
脚本中的PropertyVolumeComponentBase、PropertyVolumeComponent继承自VolumeComponent
继承了VolumeComponent也就是说可以在Volume中被加载，因此项目里继承了PropertyVolumeComponent
的那些组件也就可以挂载于Volume中：
而Volume绑定的是通用组件，无法和场景中的具体对象绑定或是数值同步。这时候
扩展的PropertyVolumeComponent就出现作用了：
public abstract class PropertyVolumeComponent: PropertyVolumeComponentBase
where X : PropertyVolumeComponent{
static PropertyVolumeComponent() {
PropertyMaster.componentTypes.Add(typeof(X));
}
}
PropertyMaster.componentTypes会记录需要和场景中具体对象绑定的所有类型，然后做这一步操作：
public void UpdateProperties() {//在PropertyMaster类里
var manager = VolumeManager.instance;
var stack = manager.stack;//拿到当前Volume
if (updateVolumes && volumeTrigger && volumeLayerMask != 0)
manager.Update(volumeTrigger, volumeLayerMask);
foreach (var type in componentTypes) {//刚刚缓存的类型
var component = (PropertyVolumeComponentBase) stack.GetComponent(type);
if (component.active)
component.OverrideProperties(this);
}
}PropertyMaster实现了IExposedPropertyTable接口，在上述代码的OverrideProperties处，
将自己注入进去，再通过ExposedReference和名称的Guid匹配，拿到对应场景对象。
关于ExposedRenference具体可以看这篇测试：https://www.cnblogs.com/hont/p/15815344.html
PropertyInspector则提供Volume信息的Debug，在编辑器下获取到属于当前Layer的Volume，以方便查看：
最后会在每次HDRenderPipeline.OnBeforeCameraCull处更新一次绑定信息，保证每帧的数值都是最新的。
总结来说，PropertyMaster的做法适合如URP RenderFeature、HDRP Custom Volume之类组件的场景对象解耦。
2.2 AxelF
AxelF是项目里对声音部分进行处理的一个模块，查看项目中的音频环境配置；需打开场景文件AudioZones：
该模块分为如下部分：
- Patch 不同音频对象的最小单位，ScriptableObject对象。可内嵌多个音源，设置是否随机播放，序列播放等
- Zone 不同音频区域的空间标记，内部存放所有Zone的静态List，在Heartbeat类的
Update中统一更新。并且存放了AudioEmitter的引用，当角色进入Zone后触发AudioEmitter。 - AudioEmitter 音频播放组件，
OnEnable时调用Sequencer播放Patch。 - Heartbeat 音频统一更新组件，负责其他几个部分的
Update统一更新，绑定玩家位置等。
通过场景中摆放不同Zone，来控制角色到达不同位置时声音的播放逻辑。
该模块的SceneGUI处理较为有趣：
其使用对象位置信息在SceneGUI部分绘制HelpBox风格GUI，具体可查看DrawZoneLabelStatic方法。
部分逻辑：
m.y = l.y + 1f;
EditorGUI.HelpBox(m, y.text, MessageType.None);
EditorGUI.DropShadowLabel(l, x);
GUI.color = c;
Handles.EndGUI();
2.3 DepthOfFieldAutoFocus
该模块有如下特点：
- Compute Shader写入RWStructedBuffer，再传入屏幕Shader的无缝链接
- Compute Shader传入RWStructedBuffer后，数据不取回放在GPU端自动更新
- 增加
IDepthOfFieldAutoFocus接口，对原先景深功能的修改。
2.3.1 Compute Shader部分
在C#端对自动对焦需要的参数做ComputeShader部分传入(ComputeShader的线程数是1，一会会讲)：
void Init(float initialFocusDistance)
{
if (m_AutoFocusParamsCB == null)
{
m_AutoFocusParamsCB = new ComputeBuffer(1, 12);
m_ResetHistory = true;
} if (m_AutoFocusOutputCB == null)
m_AutoFocusOutputCB = new ComputeBuffer(1, 8);
...
CS端通过比对四个斜方向深度，得到最新焦距并插值更新(Depth方法也在这个CS里)：
float3 duv = float3(1.0, 1.0, -1.0) * 0.01;
float focusDistance = Depth(0);
focusDistance = min(focusDistance, Depth( duv.xy));//1,1
focusDistance = min(focusDistance, Depth( duv.zy));//-1,1
focusDistance = min(focusDistance, Depth(-duv.zy));//1,-1
focusDistance = min(focusDistance, Depth(-duv.xy));//-1,-1 focusDistance = max(focusDistance, _FocalLength);
然后更新后的RWStructedBuffer，直接写回自身，是放在GPU端一直更新的：
AutoFocusParams params = _AutoFocusParams[0];
params.currentFocusDistance = SmoothDamp(params.currentFocusDistance, focusDistance, params.currentVelocity);
_AutoFocusParams[0] = params;
最后输出：
Output(params.currentFocusDistance);
接着，到了后处理阶段，shader DepthOfField.hlsl，直接拿到刚刚处理过的RWStructedBuffer获取数据：
//custom-begin: autofocus
#if AUTO_FOCUS
struct AutoFocusOutput
{
float focusDistance;
float lensCoeff;
};
StructuredBuffer_AutoFocusOutput : register(t3); float2 GetFocusDistanceAndLensCoeff()
{
return float2(_AutoFocusOutput[0].focusDistance, _AutoFocusOutput[0].lensCoeff);
}
#else
到这里，完成了焦距信息的传入。
之前第一次打开Book of the Dead，看见这种做法不理解，为什么一个线程的信息也要用Compute Shader去做，后来
接触到RWStructedBuffer处理完直接丢Shader这种做法(不支持StructedBuffer，必须是RW才能丢)，发现这么用确实省了带宽，
另外由于自动对焦涉及到屏幕信息读取，还是属于GPU部分擅长的操作，因此Demo中才用Compute Shader来做这个。
2.3.2 对后处理景深组件的修改
虽然自己扩展也可以，但不如直接改后处理中的Depth of View，与渲染管线的修改关键字不同，
查看修改处，需要搜索该关键字：
//custom-begin: autofocus
其修改部分位于_LocalPackages中：
首先，在PostProcessLayer.cs中定义了字段：
//custom-begin: autofocus
public Object depthOfFieldAutoFocus;
//custom-end
方便直接把自动对焦组件链接到PostProcessLayer中：
然后定义了一个接口：
//custom-begin: autofocus
public interface IDepthOfFieldAutoFocus {
void SetUpAutoFocusParams(CommandBuffer cmd, float focalLength /*in meters*/, float filmHeight, Camera cam, bool resetHistory);
}
//custom-end
在上下文中也存放了自动对焦组件的引用，在每帧后处理渲染时，调用接口方法，更新自动对焦逻辑：
public override void Render(PostProcessRenderContext context)
{
...
//custom-begin: autofocus
if (context.depthOfFieldAutoFocus != null)
context.depthOfFieldAutoFocus.SetUpAutoFocusParams(cmd, f, k_FilmHeight, context.camera, m_ResetHistory);
//custom-end
...
在自动对焦逻辑中，每帧会调用Dispatch更新ComputeShader：
cmd.DispatchCompute(m_Compute, 0, 1, 1, 1);
2.4 GrassOcclusion
GrassOcclusion通过烘焙植被AO，增强植被部分在画面中的表现。
文件目录结构如下：
该模块分为如下部分：
- 单个植被通过OcclusionProbes烘焙出单个植被顶视图AO Texture，一般64x64
- 整个场景植被通过地形拿到数据，拼接这些单个植被AO图，生成一张2048x2048的大AO图，然后再在shader里整合
关于单个植被的AO烘焙，可以打开BakeGrassOcclusion场景查看，它通过OcclusionProbes烘焙，通过脚本SaveOcclusionToTexture储存。
接下来讲解整个场景的大AO图烘焙。
2.4.1 整个场景的大AO图烘焙
参数配置可以看prefab GrassOcclusion：
Grass Prototypes 存放所有烘焙好的单个植被引用。Terrain链接的是场景地形文件。
当点击Bake烘焙时，会进入GrassOcclusion.Editor.cs的Bake函数。
先进行一些变量准备工作，通过地形拿到所有植被：
TreeInstance[] instances = m_Terrain.terrainData.treeInstances;
TreePrototype[] prototypes = m_Terrain.terrainData.treePrototypes;
此处有一个地形缩放的魔数：
float magicalScaleConstant = 41.5f; //yea, I know
float terrainScale = magicalScaleConstant / m_Terrain.terrainData.size.x;
然后创建一张RT：
RenderTexture rt = RenderTexture.GetTemporary(m_Resolution, m_Resolution, 0, RenderTextureFormat.ARGB32, RenderTextureReadWrite.Linear);
Graphics.SetRenderTarget(rt);
遍历所有单个植被，具体会根据植被的旋转等信息进行匹配操作，这里不深入：
foreach(GrassPrototype p in m_GrassPrototypes)
SplatOcclusion(p, instances, prototypes, m_Material, terrainScale, m_NonTerrainInstances, worldToLocal);
不过SplatOcclusion函数中DrawProcedural稍微说下：
Graphics.DrawProcedural(MeshTopology.Triangles, vertCount, instanceCount);
这里就是有多少个实例就是多少个绘制pass(烘焙阶段的)，以每次画一个四边面进行绘制。
最后会顺便存下高度图，然后统一存入GrassOcclusionData(ScriptableObject)中。
具体应用到场景中的数据可以在Scenes/Forest_EnvironmentSample下查看。
2.4.2 渲染管线中的运用
GrassOcclusion这一步的操作是通过改渲染管线实现的，可在修改后的HDRP中查找关键字：
//forest-begin
当获取Grass部分AO时，借助GrassOcclusion传入的全局信息会进行计算，在HDRP Shader中逻辑代码如下：
float SampleGrassOcclusion(float3 positionWS)
{
float3 pos = mul(_GrassOcclusionWorldToLocal, float4(positionWS, 1)).xyz;
float terrainHeight = tex2D(_GrassOcclusionHeightmap, pos.xz).a;
float height = pos.y - terrainHeight * _GrassOcclusionHeightRange; UNITY_BRANCH
if(height < _GrassOcclusionCullHeight)
{
float xz = lerp(1.0, tex2D(_GrassOcclusion, pos.xz).a, _GrassOcclusionAmountGrass);
return saturate(xz + smoothstep(_GrassOcclusionHeightFadeBottom, _GrassOcclusionHeightFadeTop, height)); // alternatively:
// float amount = saturate(smoothstep(_GrassOcclusionHeightFade, 0, pos.y) * _GrassOcclusionAmount);
// return lerp(1.0, tex2D(_GrassOcclusion, pos.xz).a, amount);
}
else
return 1;
}
最后会根据相对高度进行一次渐变混合，部分OcclusionProbes的逻辑将在下面讲解。
2.5 LayerCulling
LayerCulling主要是对Unity不同层显示距离控制接口的封装。
Unity在很早的版本就有提供针对不同Layer的剔除接口：
Layer视距剔除：
var distances = Enumerable
.Repeat(Camera.main.farClipPlane, 32)
.ToArray();
distances[12] = 3f;//Layer12的剔除距离为3
testCamera.layerCullDistances = distances;//!一定要以数组赋值，否则无效
testCamera.layerCullSpherical = true;//是否以球形为基准剔除
Layer平行光阴影剔除：
testLight.layerShadowCullDistances = distances;
在项目场景Forest_EnvironmentSample中，搜索LayerCulling，即可找到对应的剔除配置：
2.6 OcclusionProbes
之前的GrassOcclusion用了OcclusionProbes烘焙单个植被的AO，这里OcclusionProbes覆盖整个场景，
将场景的遮蔽信息储存进ScriptableObject。
这部分主要讲述
- 调用内部接口烘焙遮蔽探针，存入Texture3D
- 解包Unity环境SH，一起丢入Shader
- Shader部分整合计算得到AO值
首先，我们可以从场景中挂载的OcclusionProbes处开始，它会绑定Lightmapping烘焙接口：
void AddLightmapperCallbacks()
{
Lightmapping.started += Started;
Lightmapping.completed += Completed;
}
当烘焙开始时将调用到Started函数，函数中会去设置探针位置等初始化操作。
烘焙结束后，调用Completed函数。
在函数里可以直接拿到烘焙好的遮蔽信息：
Vector4[] results = new Vector4[count];
if (!UnityEditor.Experimental.Lightmapping.GetCustomBakeResults(results))
然后Data和DataDetail会分别转换成3DTexture进行储存（项目里没有用Detail数据)：
Color32[] colorData = new Color32[length];
for (int i = 0; i < length; ++i)
{
byte occ = (byte)Mathf.Clamp((int)(data[i].x * 255), 0, 255);
colorData[i] = new Color32(occ, occ, occ, occ);
}
tex.SetPixels32(colorData);
除了遮蔽的3DTexture信息，OcclusionProbes还会存一份环境SH，用于后期参与计算：
public AmbientProbeData m_AmbientProbeData;
这个SH(球谐探针)是从RenderSettings.ambientProbe获取的，并且做了修正操作：
var ambientProbe = RenderSettings.ambientProbe;
m_AmbientProbeData.sh = new Vector4[7];
// LightProbes.GetShaderConstantsFromNormalizedSH(ref ambientProbe, m_AmbientProbeData.sh);
GetShaderConstantsFromNormalizedSH(ref ambientProbe, m_AmbientProbeData.sh);
EditorUtility.SetDirty(m_AmbientProbeData);
这样，有了SH和3DTexture遮蔽信息，下一步可以看下Shader里如何进行整合的。
这部分或许不重要，因为调用了Unity的接口，无法看到具体的算法或者代码逻辑是什么。
下面是HDRP shader整合部分。
在MaterialUtilities.hlsl，SampleOcclusionProbes中，有获取环境3DTexture AO值的操作：
float SampleOcclusionProbes(float3 positionWS)
{
// TODO: no full matrix mul needed, just scale and offset the pos (don't really need to support rotation)
float occlusionProbes = 1; float3 pos = mul(_OcclusionProbesWorldToLocalDetail, float4(positionWS, 1)).xyz; UNITY_BRANCH
if(all(pos > 0) && all(pos < 1))
{
occlusionProbes = tex3D(_OcclusionProbesDetail, pos).a;
}
else
{
pos = mul(_OcclusionProbesWorldToLocal, float4(positionWS, 1)).xyz;
occlusionProbes = tex3D(_OcclusionProbes, pos).a;
} return occlusionProbes;
}
这里用_OcclusionProbesWorldToLocalDetail，将位置转换为本地位置，因为外面场景OcclusionProbes对象设置了缩放
通过这个缩放转回本地坐标之后，就是0-1范围内的值了。这算是一个小技巧。
拿到存在3DTexture中的环境AO后，再乘上之前计算的GrassOcclusion，得到skyOcclusion：
float SampleSkyOcclusion(float3 positionRWS, float2 terrainUV, out float grassOcclusion)
{
float3 positionWS = GetAbsolutePositionWS(positionRWS);
grassOcclusion = SampleGrassOcclusion(terrainUV);
return grassOcclusion * SampleOcclusionProbes(positionWS);
}
并且skyOcclusion存放在surfaceData里：
surfaceData.skyOcclusion = SampleSkyOcclusion(input.positionRWS, grassOcclusion);
刚刚说还存了环境SH，在SampleBakedGI里，刚好拿计算好的skyOcclusion乘上_AmbientProbeSH，
再加在环境GI的SH上，也就是将天光信息加在当前场景位置采样到的光照探针上：
//forest-begin: sky occlusion
#if SKY_OCCLUSION
SHCoefficients[0] += _AmbientProbeSH[0] * skyOcclusion;
SHCoefficients[1] += _AmbientProbeSH[1] * skyOcclusion;
SHCoefficients[2] += _AmbientProbeSH[2] * skyOcclusion;
SHCoefficients[3] += _AmbientProbeSH[3] * skyOcclusion;
SHCoefficients[4] += _AmbientProbeSH[4] * skyOcclusion;
SHCoefficients[5] += _AmbientProbeSH[5] * skyOcclusion;
SHCoefficients[6] += _AmbientProbeSH[6] * skyOcclusion;
#endif
//forest-end
注1：demo中这么乘做法比较粗暴。
注2：Unity存的SH有一部分计算放在了CPU端进行了化简，主要是sh[6](l2,r0)部分常数加在了sh[0](l0,r0)上，
通过SphericalHarmonicsL2走Unity内部传入shader的球谐，会自动做转换，而_AmbientProbeSH是外部传入，所以要做
这样一个转换。(这部分资料比较少，不保证正确）
对于OcclusionProbes的做法，个人觉得更像是经验方案。或许可以弥补当前GI方案的不足，但只靠叠AO去改善画面的话
，很难说是物理正确的。
2.7 StaggeredCascade
交错阴影主要指CSM(级联阴影)的后面几级级联拆分到不同帧，分开更新。
这部分不做展开，感兴趣可以搜索一些资料，也是比较多的。
2.8 TerrainFoley
Foley指通过传统方法手工制作的音效(https://zhuanlan.zhihu.com/p/42927286)，这里的Foley主要指角色经过草丛，
或角色周围所听到的音效，和控制这些音效的逻辑。
TerrainFoley部分主要通过地形API，拿到地形不同部分对应的音效信息。通过PlayerFoley类，去进行实时监听和更新。
例如获得当前所踩位置，脚步音效的部分：
var terrainFoley = TerrainFoleyManager.current;
footstepIndex = _foleyMap.GetFoleyIndexAtPosition(position, terrainFoley.splatMap);
footstep = foley.footsteps[footstepIndex];
这部分具体可参考TerrainFoleyManager.cs
3.其他关注点
3.1 HDRP修改
当时的版本还不算完善，整体流程也不是像新版本走RenderGraph驱动的。
关于项目中的修改处，具体可搜索关键字：
//forest-begin
例如当时增加了VelocityBuffer到GBuffer，去实现运动模糊，
而现在HDRP已经支持了运动模糊：
//forest-begin: G-Buffer motion vectors
if(hdCamera.frameSettings.enableGBufferMotionVectors)
cmd.EnableShaderKeyword("GBUFFER_MOTION_VECTORS");
else
cmd.DisableShaderKeyword("GBUFFER_MOTION_VECTORS"); var gBuffers = m_GbufferManager.GetBuffersRTI(enableShadowMask); if(hdCamera.frameSettings.enableGBufferMotionVectors) {
m_GBuffersWithVelocity[0] = gBuffers[0];
m_GBuffersWithVelocity[1] = gBuffers[1];
m_GBuffersWithVelocity[2] = gBuffers[2];
m_GBuffersWithVelocity[3] = gBuffers[3];
m_GBuffersWithVelocity[4] = m_VelocityBuffer.nameID;
gBuffers = m_GBuffersWithVelocity;
} HDUtils.SetRenderTarget(cmd, hdCamera, gBuffers, m_CameraDepthStencilBuffer);
//forest-end:
很多改动更像是为了补充HDRP未完成的功能。
3.2 性能统计
在MiniProfiler.cs中，运用到一个Unity当时新提供的API，可以直接在IMGUI中输出Profile项：
RecorderEntry[] recordersList =
{
new RecorderEntry() { name="RenderLoop.Draw" },
new RecorderEntry() { name="Shadows.Draw" },
new RecorderEntry() { name="RenderLoopNewBatcher.Draw" },
new RecorderEntry() { name="ShadowLoopNewBatcher.Draw" },
new RecorderEntry() { name="RenderLoopDevice.Idle" },
};
void Awake() {
for(int i = 0; i < recordersList.Length; i++) {
var sampler = Sampler.Get(recordersList[i].name);
if(sampler != null) {
recordersList[i].recorder = sampler.GetRecorder();
}
}
}具体可搜索sampler.GetRecorder()进行了解学习。
3.3 Object Space法线的运用
项目中的植被为了防止LOD跳变，使用了Object Space Normal Map(OSNM)，而现在最新的HDRP
版本直接提供了法线空间模式切换的选项：
可以想象模型有一个面，法线贴图让其法线向上偏移45度。
此时增加一个lod级别，该面片与另外一个面合并，变成一个向上倾斜的新面，
若用切线空间则法线在原偏移上又向上偏移了45度；而对象空间则依然不变。