引言

Unity渲染管线经历了从传统Built-in到可编程渲染管线（Scriptable Render Pipeline, SRP）的演进，其中URP作为SRP的轻量化实现，在架构设计和性能优化上进行了革命性改进。本文将从底层原理出发，深入对比两者的核心差异。

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一、设计理念的差异

1. Built-in Render Pipeline：固定式单体架构

Built-in渲染管线采用单一全局渲染流程，所有渲染逻辑硬编码在Unity引擎核心层。其特点包括：

• 不可修改的渲染路径：前向渲染（Forward）和延迟渲染（Deferred）路径固定，开发者无法自定义中间步骤。
• 全局状态机模式：通过GraphicsSettings全局配置参数（如光照模式、阴影质量），修改任意参数可能触发全管线重置。
• 高耦合性：Shader与管线深度绑定，例如Surface Shader通过预处理器生成复杂代码，难以跨项目复用。

2. URP：模块化可编程架构

URP基于SRP框架，采用组件化设计，核心特性包括：

• 可配置的Renderer Assets：通过UniversalRendererData资产定义渲染流程，允许动态增删渲染阶段（如后处理、阴影绘制）。
• 显式渲染阶段控制：将渲染分解为ScriptableRenderContext中的离散操作（如Culling、Setup、Draw），支持按需重组管线。
• 低耦合Shader体系：采用Shader Library机制，核心光照模型（如Lit、SimpleLit）以HLSL Include文件形式提供，便于复用和扩展。

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二、架构实现的核心区别

1. 渲染循环（Rendering Loop）

• Built-in
  依赖Camera.Render方法内部的黑盒逻辑，开发者通过事件回调（如OnPreRender）有限介入管线。
  缺陷：无法精确控制Draw Call提交顺序，难以实现高级渲染效果。

• URP
  基于ScriptableRenderPipeline类实现显式渲染循环：

  protected override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras) {
      foreach (var camera in cameras) {
          // 显式执行裁剪、绘制命令等步骤
          context.SetupCameraProperties(camera);
          CullingResults cull = context.Cull(ref parameters);
          context.DrawSkybox(camera);
          // 自定义逻辑插入点
      }
  }
  

  优势：允许开发者插入自定义渲染Pass，实现如分屏渲染、多摄像机合成等复杂需求。

2. Shader架构

• Built-in
  使用UnityStandardBRDF.cginc等内置文件，通过#pragma multi_compile生成大量Shader变体，导致编译时间长、内存占用高。

• URP
  采用精简变体策略：

  • 通过ShaderKeyword精准控制功能开关（如_MAIN_LIGHT_SHADOWS）。
  • 核心光照计算统一到Lighting.hlsl，避免重复代码。
  • Shader复杂度降低约40%，变体数量减少60%以上（实测数据）。

3. 多摄像机处理

• Built-in
  多摄像机采用叠加（Overlay）模式，每个摄像机独立执行完整渲染流程，导致重复计算（如阴影生成）。

• URP
  引入**摄像机堆栈（Camera Stack）**概念：

  • Base Camera负责主渲染流程（GBuffer/Depth生成）。
  • Overlay Camera仅执行特定绘制（如UI、特效），复用Base Camera的中间结果。
  • 性能提升：减少30%以上的冗余计算（数据来源：Unity官方Benchmark）。

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三、渲染流程的关键差异

1. 前向渲染路径对比

特性	Built-in	URP
主光源处理	逐像素计算+逐顶点补充	单Pass最多8个逐像素光源
阴影映射	每个光源独立Shadow Map	级联阴影+屏幕空间阴影混合
后处理链	全局生效，无法按摄像机配置	基于Volume组件按区域分层控制

URP优化点：

• 单Pass前向渲染：合并光照计算到单个Shader Pass，减少Draw Call。
• Tile-Based光照剔除：通过Compute Shader加速光源可见性判断。

2. 资源管理机制

• Built-in
  依赖动态批处理（Dynamic Batching）和GPU Instancing，但受材质参数限制较多。

• URP
  引入SRP Batcher：

  • 将材质参数缓存在GPU常量缓冲区，减少每帧CBuffer更新次数。
  • 兼容条件：使用CBUFFER_START(UnityPerMaterial)声明材质属性。
  • 性能收益：相同材质Draw Call提交速度提升4倍（Unity官方测试）。

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四、扩展性与工作流对比

1. 自定义渲染功能

• Built-in
  需通过CommandBuffer注入渲染命令，存在与引擎内部状态冲突的风险。

• URP
  提供Renderer Features系统：

  public class CustomFeature : ScriptableRendererFeature {
      public override void AddRenderPasses(...) {
          renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
          m_CustomPass.Setup(...);
          renderer.EnqueuePass(m_CustomPass);
      }
  }
  

  支持在指定阶段（如PreDepth、PostProcessing）插入自定义Pass。

2. 跨平台兼容性

• Built-in
  需要为不同平台（如GLES3、Vulkan）手动优化Shader和渲染设置。

• URP
  内置跨平台抽象层：

  • 自动处理不同API的纹理格式、Uniform绑定差异。
  • 提供UniversalTarget编译宏，简化多平台Shader开发。

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五、适用场景与选型建议

推荐使用Built-in的场景：

• 维护遗留项目且无性能瓶颈
• 需要复杂延迟渲染路径（如大规模动态光源）
• 依赖特定第三方Shader未适配URP

推荐使用URP的场景：

• 移动端/WebGL项目，追求高性能低功耗
• 需要快速迭代渲染效果（如Shader Graph可视化编程）
• 多平台发布且需统一渲染表现

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结论

URP通过模块化架构、显式渲染控制和资源优化机制，解决了Built-in管线在灵活性、性能方面的诸多痛点。尽管目前在某些高级特性（如自定义延迟渲染）上仍有限制，但其代表的技术方向（可配置、数据驱动）已成为Unity渲染演进的必然选择。开发者应根据项目需求权衡技术选型，同时关注URP的快速迭代能力，以应对未来渲染技术的发展趋势。