【渲染流水线】[几何阶段]-[几何着色]以UnityURP为例

• 允许自定义增加和创建新图元，唯一一个能自定义增加新图元的着色器。（部分平台支持，移动端很多不支持、apple的metal不支持）

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

‌作用‌

• 基于图元生成新几何体（如将点扩展为粒子），位于曲面细分后、光栅化前 ‌。
• 这是一个‌可选‌阶段。它在曲面细分着色器之后运行（或在顶点着色器之后，如果没有曲面细分）。它接收一个完整的图元（点、线或三角形，以及其所有顶点），可以输出零个、一个或多个修改过的或全新的图元（点、线、三角带）。‌

‌配置‌

• Shader 中声明 #pragma geometry geom。

核心工作原理

• 数据处理流程：
  • 输入阶段：接收完整图元数据（点/线/三角形及其邻接变体）的顶点数组
  • 处理阶段：通过流输出对象动态修改几何数据，支持顶点增删改操作
  • 输出阶段：使用Append()方法将新顶点写入流对象，RestartStrip()重置三角带
• 图元操作机制：
  • 增删控制：通过maxvertexcount限制单次调用最大输出顶点数（建议值3-20个）
  • 修改方式：在齐次裁剪空间重新计算顶点位置
  • 分裂实现：例如将三角形拆分为多个子三角形时需重新计算法线

URP实现步骤

• Shader基础结构：

  hlsl
  Shader "Custom/URPGeoShader" {
      Properties { _Extrude("Extrude", Float) = 0.1 }
      SubShader {
          Pass {
              HLSLPROGRAM
              #pragma vertex vert
              #pragma geometry geom
              #pragma fragment frag
              #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  
              struct v2g {
                  float4 posOS : TEXCOORD0;
                  float3 normalOS : NORMAL;
              };
  
              struct g2f {
                  float4 posCS : SV_POSITION;
                  float3 normalWS : TEXCOORD0;
              };
  
              [maxvertexcount(6)]
              void geom(triangle v2g input[3], inout TriangleStream<g2f> stream) {
                  // 几何处理逻辑
              }
              ENDHLSL
          }
      }
  }
  

• 关键参数说明：

  • PrimitiveType：支持point/line/triangle及其邻接类型
  • Stream类型：PointStream/LineStream/TriangleStream三种输出流
  • 性能优化：建议输出标量总数控制在20个以内

典型应用案例

模型细分：

hlsl
void geom(triangle v2g input[3], inout TriangleStream<g2f> stream) {
    float3 center = (input[0].posOS + input[1].posOS + input[2].posOS) / 3;
    for(int i=0; i<3; i++) {
        g2f o;
        o.posCS = UnityObjectToClipPos(center);
        stream.Append(o);
        o.posCS = UnityObjectToClipPos(input[i].posOS);
        stream.Append(o);
        o.posCS = UnityObjectToClipPos(input[(i+1)%3].posOS);
        stream.Append(o);
        stream.RestartStrip();
    }
}

轮廓线生成：

hlsl
[maxvertexcount(6)]
void geom(triangle v2g input[3], inout TriangleStream<g2f> stream) {
    // 原始三角形
    for(int i=0; i<3; i++) {
        g2f o;
        o.posCS = UnityObjectToClipPos(input[i].posOS);
        stream.Append(o);
    }
    stream.RestartStrip();

    // 外扩轮廓
    float extrude = _Extrude;
    for(int i=0; i<3; i++) {
        g2f o;
        float4 offset = float4(input[i].normalOS * extrude, 0);
        o.posCS = UnityObjectToClipPos(input[i].posOS + offset);
        stream.Append(o);
    }
}

注意事项：

• 平台兼容性：需DX11/OpenGL ES3.2以上API支持
• 移动端限制：部分低端设备可能不支持几何着色器
• 性能影响：建议在PC平台使用，移动端需严格测试

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