Die High Definition Render Pipeline: Leitfaden für erste Schritte für Künstler
Anmerkung der Redaktion: Die Informationen in diesem Beitrag sind veraltet. Für neuere Versionen von Unity empfehlen wir das E-BookThe definitive guide to lighting in the High Definition Render Pipeline (HDRP), das zuletzt im Jahr 2022 aktualisiert wurde.
In diesem Beitrag werden wir uns mit der Erstellung einer Szene beschäftigen, die mit der High Definition Render Pipeline von Unity gerendert werden soll, auch bekannt als HDRP. Wir gehen durch den Start eines neuen HDRP-Projekts, aktualisieren die Materialien aller importierten Assets und lernen, wie man die neuen Parameter im Materialinspektor verwendet, um ein realistisches Glasmaterial zu erstellen. Wir werden auch die Unterschiede zwischen der integrierten Pipeline und HDRP hervorheben.
Mit der Version 2018.1 hat Unity ein neues System namens Scriptable Render Pipeline (SRP) eingeführt, mit dem Sie Ihre eigene Rendering-Pipeline erstellen können, die auf den Anforderungen Ihres Projekts basiert. SRP enthält zwei vorgefertigte Pipelines, die Lightweight (LWRP) und High Definition (HDRP) genannt werden. HDRP zielt auf eine hohe visuelle Wiedergabetreue ab und ist für PC- und Konsolenplattformen geeignet.
Wenn Sie es noch nicht getan haben, empfehlen wir Ihnen, Unity Hub zu installieren. Es hilft Ihnen, den Überblick über Ihre Projekte und die installierten Unity-Versionen zu behalten. Wenn Sie ein neues Projekt in Unity Hub erstellen, sehen Sie unter Vorlage die Option, High-Definition RP (Vorschau) auszuwählen.
Da sich HDRP noch in der Vorschauphase befindet, ist es keine gute Idee, mitten in der Produktion zu HDRP zu wechseln. Sie können jedoch versuchen, Ihr Projekt auf HDRP zu aktualisieren, indem Sie den neuen Paketmanager aufrufen und ihn installieren. Sobald Sie Ihr Projekt auf HDRP umgestellt haben, können Sie nicht mehr zurückgehen. Stellen Sie sicher, dass Sie vor dem Upgrade eine Sicherungskopie des Projekts erstellen.
Wie bereits erwähnt, befindet sich der HDRP noch in der Vorschauphase, so dass er sich in Zukunft noch ändern kann. Um ein Projekt von der integrierten Render-Pipeline auf HDRP zu aktualisieren, navigieren Sie zu Fenster > Paketmanager. Im Paketmanager sehen Sie alle aktuell installierten Pakete in Ihrem Unity-Projekt. Suchen Sie unter Alle die "HD Render Pipeline" (Render-pipelines.high) und installieren Sie die neueste Version. Durch die Installation der Pipeline werden auch der Render-Pipeline-Kern, Shader Graph und die Nachbearbeitungspakete integriert.
Nach der Installation des HDRP-Pakets müssen Sie zu Bearbeiten > Projekteinstellungen > Grafiken navigieren, um das Asset Scriptable Render Pipeline für HDRP zuzuweisen.
Der Inspektor zeigt das aktuell installierte Render-Pipeline-Asset unter im Feld "Skriptfähige Render-Pipeline-Einstellungen" an. Das HDRP Render Pipeline Asset wird zugewiesen, wenn Sie die Pipeline über Unity Hub installieren. Wenn Sie Ihr Projekt aus der Built-In-Pipeline aktualisieren, wird dieses Feld auf "None" gesetzt. Wir können ein Pipeline-Asset zuweisen, indem wir auf die Schaltfläche neben dem Asset-Auswahlfeld klicken oder das Asset aus dem Ordner Einstellungen hineinziehen.
HDRP verwendet die C# Scriptable Render Pipeline API. Damit einher geht eine ganze Reihe verschiedener Einstellungen, die Sie vornehmen können, um das Rendering Ihres Projekts anzupassen. Da Ihre Rendereinstellungen in einem Render-Pipeline-Asset gespeichert sind, können Sie Ihre Rendereinstellungen ändern, indem Sie diesem Feld ein neues Render-Pipeline-Asset zuweisen.
Um ein neues Render-Pipeline-Asset zu erstellen, klicken Sie mit der rechten Maustaste in Ihren Einstellungsordner und wählen Sie Erstellen > Rendering > High Definition Render Pipeline Asset.
Wenn Sie ein HDRP-Projekt verwenden, werden alle in Unity integrierten, Standard- oder Unlit-Materialien nicht gerendert und erscheinen daher mit dem standardmäßigen rosa Unlit-Shader, den Unity anzeigt, wenn ein Shader defekt ist. Dieses Problem kann auftreten, wenn Sie versuchen, ein bestehendes Projekt zu aktualisieren oder wenn Sie ältere Inhalte wie Asset Store-Assets integrieren, die keine HDRP-kompatiblen Shader verwenden. Um vom HDRP gerendert werden zu können, muss das Material aktualisiert werden.
Unity 2018.1 ist mit einem eingebauten Materialkonvertierungstool ausgestattet. Er übernimmt die Materialeigenschaften aus dem Standard-Shader von Unity und wandelt sie in neue HDRP-Materialien um. Es ist erwähnenswert, dass dies nicht für benutzerdefinierte Shader funktioniert, die für HDRP neu geschrieben werden müssen.
Um das Materialkonvertierungswerkzeug aufzurufen, navigieren Sie zu Bearbeiten > Render-Pipeline.
Unity bietet in diesem Menü mehrere Upgrade-Optionen an. Wir werden uns hier auf die ersten beiden konzentrieren. "Projektmaterialien auf hochauflösende Materialien aktualisieren", aktualisiert alle aktualisierbaren Materialien im Projekt. Mit "Upgrade Selected Materials to High Definition Materials" können Sie im Projektfenster die Materialien auswählen, die Sie aktualisieren möchten.
An dieser Stelle empfehlen wir Ihnen, eine separate Sicherungskopie Ihres Projekts zu erstellen.
Sobald die Materialien konvertiert wurden, heißt der Shader des Materials nun "HDRenderPipeline/Lit". Jetzt haben Sie vollständigen Zugriff auf die brandneuen Funktionen des HDRP-Lit-Shaders im Materialinspektor.
Darüber hinaus können Sie in den Material-Shader-Optionen unter "HDRenderPipeline" eine Vielzahl von Shader-Typen auswählen und anwenden, wie z. B. LitTesseleation oder Unlit, um nur einige zu nennen.
Die folgenden Abschnitte bieten eine Einführung in einige der neuen Funktionen, die im Rahmen des HDRP hinzugefügt wurden. Wir haben einige dieser neuen Funktionen genutzt, um das Aussehen unserer Küchenszene zu verbessern.
Die Beleuchtung im HDRP verwendet ein System namens Physical Light Units (PLU). PLU bedeutet, dass diese Einheiten auf real messbaren Werten beruhen, wie man sie z. B. bei der Suche nach Glühbirnen im Laden oder bei der Messung von Licht mit einem fotografischen Belichtungsmesser sehen würde.
Wir verwenden LUX für gerichtetes Licht, weil dies in der realen Welt die Werte sind, die zur Messung der Intensität des Sonnenlichts verwendet werden, was mit einem LUX-Messgerät leicht zu bewerkstelligen ist. Andere reale Lichtquellen verwenden Lumen zur Messung der Intensität, was als Referenz für die kleineren Lichtquellen in unserer Szene verwendet werden kann.
Die Realtime Line Light-Leuchte sorgt für eine nahtlose, konstante Lichtleistung, die von einer Linie mit einer vom Benutzer definierbaren Länge ausgeht. Diese Lichtarten werden häufig in Animationsfilmen verwendet, um eine realistische Beleuchtung zu erreichen. Sie verleihen der Beleuchtung Ihrer Szenen eine filmische Qualität. Linienlichter können durch Auswahl des Formtyps im Inspektor erstellt werden, nachdem ein Licht in einer Szene platziert wurde.
Viele moderne Küchen verwenden eine Art von Line Light, um den Arbeitsbereich in der Küche zu beleuchten. Das Line Light hier erzeugt nicht nur eine realistische Beleuchtung, sondern entspricht auch genau dem, was in einer echten Küche zu finden wäre.
Darüber hinaus kann der Light Inspector die Farbe des ausgestrahlten Lichts anhand der Temperatur bestimmen. Auf einer Skala von 1000 bis 20000 Kelvin gilt: Je niedriger der Wert, desto weniger Wärme wird abgestrahlt, das Licht erscheint röter. Erhöht man dagegen den Temperaturwert, so erscheint er blauer.
In ähnlicher Weise gibt der Formtyp Rechteck eine Lichtleistung ab, die auf benutzerdefinierten X- und Y-Achsenwerten basiert.
Anmerkung: Schatten werden derzeit nicht für die Lichtformen Linie oder Rechteck unterstützt.
Ein zusätzlicher Tipp: Mit dem Licht-Explorer können Sie jede Art von Licht in Ihrem Projekt einfach verwalten. Sie können Werte ändern, den Typ von Lichtern ändern und sogar Schattentypen manipulieren, ohne sie in der Szene suchen zu müssen. Reflexionssonden, Lichtsonden und statische Emissive können zusätzlich über dieses Fenster verwaltet werden.
Um auf den Light Explorer zuzugreifen, navigieren Sie zu Fenster > Allgemein > Light Explorer:
Mit den Lautstärkeeinstellungen können Sie Ihre Umgebungseinstellungen visuell verändern, indem Sie Elemente wie die visuelle Umgebung, den prozeduralen Himmel und die HD-Schatteneinstellungen anpassen. So können Sie auch benutzerdefinierte Lautstärkeprofile erstellen und zwischen ihnen wechseln.
Lautstärkeeinstellungen werden verwaltet, indem ein GameObject erstellt und die Komponente Volume hinzugefügt wird. Dieser Arbeitsablauf ähnelt dem der Erstellung eines Volumes für den Post-Processing Stack v2. In HDRP gibt es standardmäßig einen in der Hierarchie.
HD-Schatten-Einstellungen
Mit den HD-Schatteneinstellungen können Sie die Gesamtqualität der Schatten in einem Volumen bestimmen. Das Feld Max. Abstand berechnet die Qualität des Schattens auf der Grundlage des Abstands der Kamera zum Schatten.
Visuelle Umgebung
Sie haben zwei Dropdown-Menüs in Visual Environment.
Sky Type bietet drei Optionen: Prozeduraler Himmel, Gradientenhimmel und HDRI-Himmel.
Der prozedurale Himmel erzeugt eine Umgebung, die auf den Werten basiert, die Sie in der prozeduralen Himmelskomponente auswählen.
HDRI Sky erstellt eine Umgebungskarte auf der Grundlage eines in der Komponente enthaltenen Bildes. Standardmäßig ist die HDRISky-Komponente nicht den Lautstärkeeinstellungen zugewiesen. Wenn Sie unten auf der Registerkarte "Inspektor" auf "Komponentenüberschreibungen hinzufügen..." klicken und "HDRI Sky" auswählen, wird die Komponente verfügbar.
Jetzt können Sie eine HDRI-Himmel-Cubemap zuweisen und die Werte ändern, um eine genaue, realitätsnahe Beleuchtung zu erzielen.
Das Unity HDRI Pack ist kostenlos im Asset Store von Unity Technologies erhältlich und bietet 7 vorkonvertierte (1024x2014 Auflösung) HDR Cubemaps, die Sie in Ihrem Projekt verwenden können.
Für diese Szene hat sich "TreasureIslandWhiteBalancedNoSun" aus dem Unity HDRI Pack am besten bewährt, da es genug Licht lieferte, um die Küche aufzuhellen, aber nicht zu verwaschen. Natürlich kann die Helligkeit mit den in der Komponente enthaltenen Modifikatoren wie Belichtung und Multiplikator verändert und angepasst werden. Es ist wichtig, eine HDRI-Map zu wählen, die zu Ihrer Szene passt.
Bei Nebeltyp schließlich stehen Ihnen 3 Optionen zur Verfügung: linear, exponentiell und volumetrisch. Um die Werte zu bestimmen, wiederholen Sie den vorherigen Komponentenschritt ("Add Component Override", wenden Sie die entsprechende Komponente auf den Inspector an)
Vor der Einführung des HDRP war die Herstellung von Glasmaterial kein einfaches Unterfangen. Es gab keine einfache Möglichkeit, ein realistisches Glasmaterial zu erstellen, ohne umfangreiche Recherchen anzustellen und Shader zu programmieren oder auf den Asset Store zurückzugreifen, um einen eigenen Shader zu verwenden.
Mit den neuen Funktionen des HDRP-Lit-Shaders, der im Materialinspektor verfügbar ist, können Sie jetzt Glas erstellen, das nicht nur gut aussieht, sondern auch das Licht auf der Grundlage definierbarer Einstellungen bricht.
Zu Beginn wollen wir ein neues HDRenderPipeline/Lit Material erstellen. Dies ist der Standard-Material-Shader, der auf jedes neue in HDRP erstellte Material angewendet wird.
Um ein neues Material zu erstellen, klicken Sie mit der rechten Maustaste in den gewünschten Ordner und wählen Sie Erstellen -> Material. Der Materialinspektor zeigt nun den brandneuen HDRP-Materialinspektor an. Darin gibt es einige auffällige Änderungen. Schauen wir sie uns an.
Hier können Sie beginnen, die Oberfläche des Materials zu bestimmen.
Oberfläche Typ
Es gibt zwei Optionen für den Oberflächentyp: Opak oder Transparent. Opak simuliert ein vollständig festes Material, in das kein Licht eindringt.
Im Gegensatz dazu ist Transparent eine Alphamischung und simuliert eine durchscheinende Oberfläche, die zwar nützlich ist, aber aufwendiger zu rendern.
Ein wichtiges Merkmal von HDRP ist die einheitliche Beleuchtung von transparenten und opaken Objekten.
Wählen Sie für dieses Beispiel Transparent. Dies ermöglicht den Zugriff auf Parameter, die weiter unten besprochen werden.
Doppelseitig
Mit dieser Einstellung kann das Material auf beiden Seiten gerendert werden. Standardmäßig ist der Normalmodus auf Spiegeln eingestellt, aber in der Dropdown-Liste kann man Spiegeln oder Keiner auswählen.
Wenn Double Sided nicht aktiviert ist, rendert Unity nur die Seiten des Materials, die in Richtung der Kamera zeigen.
Die Optionen für den Materialtyp schaffen neue Verhaltensweisen, die noch realistischere Materialien ermöglichen. Jede dieser Optionen bietet nach ihrer Aktivierung zusätzliche Parameter innerhalb des Inspektors.
Standard
Verwendet die Basisparameter und ist der Standardmaterialtyp.
Unterirdische Streuung (SSS)
Mit Subsurface Scattering wird simuliert, wie Licht mit durchscheinenden Objekten wie Pflanzen interagiert und diese durchdringt. Es wird auch bei der Herstellung von Haut verwendet. Wenn Sie schon einmal mit einem Licht durch Ihre Fingerspitze geleuchtet haben, werden Sie gesehen haben, dass das Licht seine Farbe ändert, wenn es unter der Oberfläche gestreut wird. Dies kann mit diesem Oberflächentyp nachgebildet werden.
Nach der Aktivierung wird ein Übertragungsparameter angezeigt. Damit können Sie die Lichtdurchlässigkeit eines Objekts mit Hilfe einer Dickenkarte bestimmen.
Beide Merkmale können mit Hilfe von Diffusionsprofilen beeinflusst werden. Zwei Standardprofile namens Skin und Foliage werden bereitgestellt und können als Grundlage für diese Art von SSS-Materialien verwendet werden. Weitere 13 Profile können über die unten aufgeführten Profileinstellungen angepasst werden.
Eine kurze Videodemonstration finden Sie in meinem Unity-Tipp zu SSS:
Ich habe immer vor Subsurface Scattering (SSS) zurückgeschreckt, da es sich immer kompliziert anhörte!!! ?
Mit HD RP verfügt SSS über 2 voreingestellte Profile sowie über 13 weitere Profile, die individuell angepasst werden können und jedem Material zusätzliche Tiefe verleihen.
Eine einfache Video-Demo finden Sie unten: #unitytips pic.twitter.com/NM4Z03l1U1
— Kieran Colenutt Unity (@kierancolenutt) August 28, 2018
Anisotropie
Die Anisotropie simuliert ein Oberflächenmaterial, das seine Eigenschaften je nach Ausrichtung ändert und so beispielsweise das Aussehen von gebürstetem Aluminium nachahmt. Anstatt eine metallische Oberfläche mit sauberen, ordentlichen Reflexionen zu erstellen, können Sie mit einer Tangenten- und einer Anisotropiekarte die Intensität der Reflexionen sowie die Ausrichtung ändern.
Schillernd
Stellt die Parameter zur Verfügung, um einen schillernden Effekt auf der Oberfläche des Materials zu erzeugen, ähnlich wie das Licht auf einem Ölfleck erscheint. Die Ausgabe wird durch eine Irideszenzkarte und eine Karte der Irideszenzschichtdicke bestimmt.
Spiegelnde Farbe
Eine Spiegelfarbe wird verwendet, um die Farbe und Stärke von Spiegelreflexionen im Material zu steuern. Dadurch ist es möglich, eine spiegelnde Reflexion in einer anderen Farbe als die diffuse Reflexion zu haben.
Transluzent
Mit der Option Transluzent kann die Lichtinteraktion für die Vegetation äußerst effektiv simuliert werden. Dieser Materialtyp verwendet Profile, ähnlich wie SSS, mit dem Unterschied, dass in diesem Fall die Dickenkarte verwendet wird, um zu bestimmen, wie das Licht übertragen wird.
Dieser nützliche Parameter ermöglicht es dem Material, auf einfache Weise auf ein Abziehbildmaterial zu reagieren. Dies funktioniert für beide Arbeitsabläufe, entweder über den Abziehbildprojektor oder als Objektkomponente.
Grundfarbe + Deckkraft
Zu diesem Zeitpunkt wird das Glasmaterial immer noch undurchsichtig erscheinen, da Sie den Wert der Deckkraft in Inputs ändern müssen, damit das Licht durchdringen kann.
Öffnen Sie dazu das Fenster mit den Farbfeldern neben "Grundfarbe + Deckkraft".
Rot-, Grün- und Blaukanäle werden als Grundfarbe verwendet, und ein Alphakanal bestimmt die Deckkraft. Die Deckkraft des aktuellen Materials wird durch einen Wert von 0 bis 255 bestimmt, wobei 255 völlig undurchsichtig und 0 völlig transparent ist. In diesem Beispiel wollen wir die Farbe des Materials auf ein helles Grün setzen.
Wir wollen die Deckkraft auf 30 setzen, da dies das Material so verändert, dass es größtenteils transparent ist.
Nachstehend sind die von mir verwendeten Farbwerte aufgeführt:
RGB-Werte:
R - 201
G - 255
B - 211
Hexadezimaler Wert - C9FFD3
Wichtig ist, dass das Material auch dann nicht transparent ist und seine Deckkraft behält, wenn Sie den Alphawert des Materials auf einen niedrigen numerischen Wert setzen, aber den Oberflächentyp auf Opak setzen.
Metallisch und Glattheit
Diese Optionen können mit einem Schieberegler mit Werten von 0 bis 1 eingestellt werden. Beide Werte und Ausgaben werden aus den Maskenkarten Alpha und Rotkanal unten im Inspektor erzeugt. Wenn eine Mask Map zugewiesen wird, werden die Schieberegler anschließend verwendet, um die Minimal- und Maximalwerte neu zuzuordnen.
Normale Karte
Wenn eine Normal Map angewendet wird, kann die Stärke mit dem Schieberegler in einem Bereich von 0 bis 2 verändert werden.
Sie können Ihrem Glasmaterial zusätzliche Details und Tiefe verleihen, indem Sie eine Normale, wie z. B. Vertiefungen oder Kratzer, anbringen.
Maske Karte
Im Rahmen von HDRP ist eine Mask Map eine Kombination aus:
Roter Kanal - Metallisch im Bereich von 0 bis 1
Grüner Kanal - Ambient Occlusion
Blauer Kanal - Detailkartenmaske
Alphakanal - Glättung
In Unity importierte Texturen verwenden standardmäßig sRGB. Wenn Sie im Texturinspektor die Option "sRGB (Farbtextur)" deaktivieren, wird die Textur in ein lineares Format umgewandelt. Da die Mask Map Mathematik verwendet, um eine Ausgabe zu erzeugen, muss diese Textur linear sein.
Maske
Die Beschichtungsmaske simuliert einen Klarlackeffekt auf dem Material und erhöht damit die Glätte. Standardmäßig ist der Wert für die Beschichtungsmaske auf 0 eingestellt, aber mit dem Schieberegler kann der Parameter in einem Bereich von 0 bis 1 angepasst werden. Die Klarlackmaske kann zur Nachahmung von Materialien wie Autolack oder Kunststoff verwendet werden.
Detail Eingaben
Die Detailkarte ist eine neue Karte, die in HDRP eingeführt wurde, und eine Zusammenstellung zusätzlicher Karten, die das Material bis ins kleinste Detail ergänzen. Die Detailkarte verwendet die folgenden Kanäle:
Rot: Graustufen mit Overlay Blending
Grün: Normale Karte Y-Kanal
Blau: Glattheit
Alpha: Normal Map X-Kanal
Indem Sie die Transparenz-Eingabeeigenschaften des Shaders ändern, können Sie beginnen, den Gesamteffekt der Transparenz zu bestimmen. Die Transparenzeingänge sind nur verfügbar, wenn der Oberflächentyp auf Transparent eingestellt ist.
Für dieses Beispiel können Sie im folgenden Abschnitt die Brechung für das Material Glas erstellen.
Brechungsmodell
Das Brechungsmodell legt fest, wie die Biegung des Lichts durch das Material simuliert werden soll. Es gibt zwei Optionen: Ebene und Kugel.
Die Wahl des Brechungsmodells hängt von der Form und Größe des Objekts ab, auf das das Material angewendet werden soll:
Sphäre: Für gefüllte Objekte verwenden Sie ein Kugelmodell mit einer Brechungsdicke, die der Größe des Objekts entspricht, auf dem das Material platziert wird.
Flugzeug: Für ein leeres Objekt verwenden Sie einen Ebenenmodus mit einer geringen Brechungsdicke.
Mit den Optionen Brechungsindex und Brechungsdicke können Sie das Verhalten des Brechungsmodells steuern.
Brechungsindex
Auf einer Skala von 1 bis 2,5 wird durch die Einstellung des Parameters eine unterschiedliche Brechungsintensität erreicht. Standardmäßig ist der Wert auf 1 gesetzt, was keine Brechung erzeugt.
Zwischen 1,1 und 1,2 kehrt sich die Brechung um und die durch das Material gesehene Umgebung erscheint auf dem Kopf stehend.
Nachdem nun die Basis des Glasmaterials erstellt wurde, können benutzerdefinierte Anpassungen hinzugefügt werden, um ein Material zusammenzustellen, das für Sie und das Objekt, auf das das Material angewendet wird, am besten geeignet ist.
Ich hoffe, dieser Überblick hat Ihnen geholfen, besser zu verstehen, wie Sie HDRP in Ihren Projekten praktisch anwenden können! Während es sich noch in einer experimentellen Vorschau befindet, haben wir eine vorläufige Dokumentation auf GitHub, die Sie auch lesen können, um loszulegen.
HDRP ist ein ständig wachsendes, aufregendes neues Werkzeug für die Erstellung von Projekten, und ich kann es kaum erwarten, zu sehen, was Sie damit machen werden. Bei Fragen oder Unklarheiten können Sie mich gerne über Twitter @kierancolenutt kontaktieren. Ich möchte von Ihren Erfahrungen hören, lassen Sie mich wissen, wie es Ihnen geht!
Um die Entwicklung von HDRP und SRP im Allgemeinen zu verfolgen und zu diskutieren, besuchen Sie unser Forum für experimentelle Grafiken.