用高清渲染管线HDRP创作逼真的沉浸式VR体验

现在，Unity正式将虚拟现实制作带到中。在2019.3中我们发布了HDRP 7.2.0版本，管线现已经过验证，可用于制作VR。

本博文将从技术角度说明如何在VR项目中应用HDRP。

HDRP中的VR有以下特点：

1. 兼容所有HDRP功能特性。
   

2. 新的Unity XR Plugin Framework完全支持HDRP。

3. 默认也是推荐的，渲染方案为单通道实例化。

卓越特性

使用HDRP制作的VR项目可以完全地利用起管线的功能特性，制作直抵想象边界的体验。HDRP带有的尖端渲染技术，可以产出炫目、逼真的图像，在虚拟现实领域几乎无出其右。

下方列出的是可用于制作VR项目的功能特性：

• 延迟和前向渲染

• 所有类型的光照、阴影、贴花和体积效果

• 屏幕空间效果

• • 环境光遮蔽（AO）

  • 屏幕空间反射（SSR）

  • 次表面散射（SSS）

  • 变形和折射

• 后期处理效果

• • 颜色分级、抗锯齿、景深等等。

• Visual Effect Graph的所有VFX

应用HDRP的VR目前支持以下平台和设备：

• Oculus Rift & Rift S (Oculus XR Plugin, Windows 10, DirectX 11)
  

• Windows Mixed Reality (Windows XR Plugin, Windows 10, DirectX 11)
  

• PlayStationVR

OpenVR：Valve目前正在为2019.3及更高版本开发OpenVR的Unity XR Plugin，插件将在不久后发布。

立体式渲染技术

原生的VR渲染会分左右眼分别处理两次图像，我们称之为多通道渲染。HDRP虽然支持多通道渲染，但该方法会让应用的渲染占用两倍的CPU能耗，还会发起两倍的绘制调用。此外，阴影也会被渲染两遍，吃掉不少GPU性能，因此我们不推荐该方法。

尽管如此，部分情境下使用多通道是合适的：

• 系统的GPU内存较小，而多通道比单通道渲染占用的内存更少。

• 出于某种原因，希望在两只眼分别渲染不同的图像。

使用单通道（实例）渲染是一个更快的方案。在此模式下，每次绘制调用渲染的是两只眼的图像，渲染目标和实例绘制调用中使用的是一系列纹理组。此外，每帧系统会只处理一次剔除和阴影。

HDRP在设计时确保了所有功能特性能与VR兼容，在单通道渲染上效果能达最优。

管线一个关键的特性是在所有渲染目标上使用纹理组（包括VR和其它所有内容）。这样的特性，外加上着色器的泛用性，可以让我们制作自动兼容VR的着色器，除了一些特殊用例（比如光照生成列表、间接图块式延迟渲染、体积光和相机相对位置渲染）。

请注意，HDRP并不支持双倍宽度纹理（double-wide texture，即同时渲染左眼和右眼图像，将两张图作为一个纹理，区别于传统的VR图像渲染）的单通道渲染，因为全屏的渲染通道和效果处理起来更加复杂、能耗更高。

开始使用HDRP VR

若想开始使用HDRP VR，请查看Unity说明文件的VR Overview（VR概览）部分。为了帮助你设置启用针对VR的HDRP开发，我们还提供有HDRP Wizard向导，来验证、改正设置。

HDRP VR Wizard向导程序

若想手动修改新XR插件框架中的VR配置，请参考该说明文件。若想设置起单通道渲染，必须同时将Project Settings（项目设置）选为Single-Pass Stereo Rendering模式，将HDRP资源设置也设定为Single Pass。如果这两个选项未设定未单通道，HDRP会默认使用多通道。

在Project Settings（项目设置）和HDRP资源设置中启用Oculus插件的Single Pass（单通道）渲染。

抗锯齿

为了创造良好的用户体验，避免打破虚拟环境的沉浸感，减少图像的锯齿非常重要。HDRP提供有几种抗锯齿方案。

摄像机的抗锯齿模式在Unity说明文件中有详细的介绍。选项包括：

• 多重采样抗锯齿。支持前向渲染，可以更改采样数（2x，4x，8x），平衡质量和性能。该技术效果较好，性能耗费也较大。

• 时序性抗锯齿，大部分应用的最佳方案。该技术能有效减少锯齿，但也会使部分细节模糊。可以通过调整锐化过滤，减少模糊度。

• 快速近似抗锯齿（FXAA）与亚像素形态抗锯齿（SMAA）是功耗较低的两个方案。

• MSAA可以与TAA、FXAA或SMAA组合使用，画质会提高，而能耗也会累加。

• Geometric Specular Anti-Aliasing（几何镜面抗锯齿）可以为材质添加抗锯齿着色效果，效果可在材质上直接调整。建议在平滑、密实的表面使用。

性能

由于双眼显示都需要较高的刷新率和分辨率，VR渲染能耗非常高，所以请在HDRP资源设置中禁用不需要的功能。Volumetric（体积）功能虽然支持VR，但并不能达到90fps的标准，所以不适合用于VR应用。而时常监控、分析性能可以帮助你找出项目的瓶颈。

请注意在VR中，体积效果（z轴平面）默认的精度将被减为一半，让GPU性能更能让人接受。除了volumetric lighting（体积光），我们还建议在VR项目中禁用HDRP Area Light（面积光）。面积光必须在shader configuration files（着色器配置文件）中禁用。

在HDRP中，有两种渲染方法可以影响性能：前向和延迟受光着色器模式。若想了解两种模式间的不同，请查看该说明文件。渲染模式通常根据项目的需求决定。前向渲染可以启用MSAA，减少内存使用，而延迟渲染在光源数量较多时更加高效，内存使用也更多。

另一个影响GPU性能的因素是渲染缓存的分辨率。分辨率由XR显示插件设定，会根据头显的不同而调整。分辨率之后可在应用中调整，也可以使用dynamic resolution（动态分辨率）功能根据当前场景的内容来调整。比如，根据当前GPU的帧生成时间来调整分辨率。

为了支持HDRP的VR，我们使用一套着色器宏命令，帮助处理渲染目标视图的实例化和纹理阵列的使用。比如，你可以用下列代码为着色器声明纹理：

在支持纹理阵列的平台上，宏也会拓展为TEXTURE2D_ARRAY。如果平台不支持纹理阵列，或者ShaderConfig.cs中禁用了阵列，则宏会变成常规的TEXTURE2D。纹理采样中也有类似的功能。

在着色器上，正确的视图常量（图像矩阵、投影矩阵等等）会储存在阵列中，根据图元instanceID导出的眼球索引值来排列。在运算着色器时，z调度维度常用于识别双眼，而UNITY_XR_ASSIGN_VIEW_INDEX宏则用于指定正确的眼球索引。

HDRP VR的未来

HDRP的未来VR版本将着重于：

• 添加新的硬件选项，如Variable Rate Shading（速率可变着色），改善性能

• 用Vulkan和DX12改善平台支持

• 改善设备支持

• 拓展单通道方法，支持两个以上的视图

https://connect.unity.com/g/unity-hdrp