Unity (U3D) 渲染管线与阶段详解

一、引言与技术背景

1. 分工明确：流水线的每个阶段只负责一项特定任务。
2. 数据驱动：上游阶段的输出是下游阶段的输入，数据像产品一样在流水线上流动。
3. 并行高效：理想情况下，不同批次的产品（帧或物体）可以在不同阶段同时进行处理，极大地提升了吞吐量。

二、核心概念与原理

1. 应用阶段 (Application Stage)
   • 执行者：主要在CPU上运行。
   • 核心任务：准备场景数据，并将绘制命令（Draw Call）提交给GPU。
   • 关键过程：
     • 场景遍历：CPU收集所有可见的物体（根据视锥体剔除、遮挡剔除等技术）。
     • 数据准备：为每个可见物体准备渲染所需的数据，包括网格数据（Mesh）、变换矩阵（Transform Matrix）、材质属性（颜色、纹理、Shader参数）等。
     • 合批 (Batching)：为了提高效率，CPU会将具有相同材质和Shader的物体合并成更少的、更大的绘制命令。主要分为静态合批和动态合批。
     • 提交命令：最终，CPU将所有准备好的绘制命令和数据（顶点缓冲区、索引缓冲区、常量缓冲区）发送给GPU，通知它开始工作。
2. 几何阶段 (Geometry Stage)
   • 执行者：主要在GPU上运行。
   • 核心任务：处理所有顶点的空间变换和着色计算。
   • 关键子阶段：
     • 顶点着色器 (Vertex Shader)：必须存在。对每个顶点进行操作。最核心的功能是实现模型变换、视图变换、投影变换 (MVP)，将顶点从局部空间最终变换到裁剪空间。也可以在此阶段进行顶点动画（如骨骼动画、波浪变形）。
     • 曲面细分着色器 (Tessellation Shader)：可选阶段。用于动态增加网格的细节（Tessellate），例如在角色靠近镜头时为其添加更多皮肤皱纹，或在地面渲染更多细节。
     • 几何着色器 (Geometry Shader)：可选阶段。以图元（点、线、三角形）为单位进行处理，可以生成新的图元。常用于渲染毛发、草地、阴影体积等特效，但因性能开销大而不常用。
     • 裁剪 (Clipping)：移除那些完全位于视锥体之外的图元，并对部分位于视锥体内的图元进行裁剪，使其恰好位于裁剪空间的边界。
     • 屏幕映射 (Screen Mapping)：将经过裁剪的、处于标准化设备坐标（NDC）的顶点映射到屏幕的像素坐标。
3. 光栅化阶段 (Rasterization Stage)
   • 执行者：在GPU上运行。
   • 核心任务：将几何阶段输出的图元（通常是三角形）转换为一系列像素（片元/Fragments），并为这些片元进行着色。
   • 关键子阶段：
     • 三角形设置 (Triangle Setup)：计算三角形的差分、边缘方程等数据，为后续的光栅化做准备。
     • 三角形遍历 (Triangle Traversal)：检查每个像素的中心是否被三角形覆盖。如果被覆盖，则生成一个或多个片元 (Fragment)。这个过程也称为“扫描转换”。
     • 片元着色器 (Fragment Shader)：必须存在。对每个片元进行操作。这是实现大部分视觉魔法的地方，例如纹理采样、光照计算（Phong, Blinn-Phong, PBR）、法线贴图、透明度混合等。它的输出是一个或多个颜色值以及一个深度值。
     • 逐片元操作 (Per-Fragment Operations)：也称为输出合并阶段 (Output Merging)。这是片元成为最终像素前的最后一步，按顺序执行：
       1. 像素所有权测试 (Pixel Ownership Test)：检查该片元对应的像素是否属于当前被激活的窗口（主要用于多窗口系统）。
       2. 裁剪测试 (Scissor Test)：判断片元是否在指定的矩形区域内。
       3. 模板测试 (Stencil Test)：根据一个参考值和模板缓冲区的当前值进行比较，决定是否丢弃该片元。常用于实现镜子、阴影体、描边等效果。
       4. 深度测试 (Depth Test / Z-Buffer)：比较该片元的深度值与深度缓冲区中存储的值。如果该片元距离相机更近，则通过测试并更新深度缓冲区；否则被丢弃。这是实现物体前后遮挡关系的关键。
       5. 混合 (Blending)：对于通过了深度测试的片元（通常是半透明物体），将其颜色与帧缓冲区中已有的颜色进行混合（如Alpha混合）。
4. 后处理阶段 (Post-processing Stage)
   • 执行者：在GPU上运行，作为渲染管线的最后一个环节。
   • 核心任务：对已经渲染到屏幕上的一整幅图像进行全屏图像处理，以增强视觉效果或实现特殊风格。
   • 关键过程：
     • 全屏四边形：引擎通常会绘制一个覆盖整个屏幕的四边形。
     • 后处理Shader：为该四边形应用一个特殊的片元着色器，这个Shader的输入是上一阶段输出的整张图像（通过 _MainTex访问）。
     • 常见效果：色调映射(Tone Mapping)、色彩校正(Color Grading)、泛光(Bloom)、景深(Depth of Field)、运动模糊(Motion Blur)、屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)等。

三、原理流程图及解释

+-----------------------+
|   应用阶段 (CPU)       |
|-----------------------|
| 1. 场景遍历与可见性判断 |
| 2. 数据准备           |
| 3. 合批               |
| 4. 提交 Draw Call     |
+----------+------------+
           |
           v
+-----------------------+
|   几何阶段 (GPU)       |
|-----------------------|
| -> 顶点着色器 (MVP变换) |
| -> [曲面细分/几何着色器]|
| -> 裁剪                |
| -> 屏幕映射            |
+----------+------------+
           |
           v (输出图元/片段)
+-----------------------+
|   光栅化阶段 (GPU)     |
|-----------------------|
| -> 三角形设置/遍历     |
| -> 片元着色器 (光照/纹理)|
| -> 逐片元操作          |
|   - 模板/深度测试      |
|   - 混合              |
+----------+------------+
           |
           v (输出到Frame Buffer)
+-----------------------+
|   后处理阶段 (GPU)     |
|-----------------------|
| 1. 渲染全屏四边形      |
| 2. 执行后处理Shader    |
|   (Bloom, DOF, etc.)   |
+----------+------------+
           |
           v
+-----------------------+
|      最终显示在屏幕上   |
+-----------------------+

1. 起点 (CPU)：CPU准备好场景中所有可见物体的数据，打包成GPU能理解的指令（Draw Call）发送出去。
2. 顶点变换 (GPU)：GPU的顶点着色器拿到顶点数据，通过MVP矩阵将其从模型空间一步步变换到裁剪空间。后续的裁剪和屏幕映射确定了哪些部分是可见的，并将其对应到屏幕上的哪个区域。
3. 像素诞生 (GPU)：光栅化阶段将可视的三角形“打碎”成一个个像素候选者——片元。片元着色器根据材质和光照信息为每个片元涂上颜色。最后，通过深度测试等“质检”环节，合格的片元才有资格进入帧缓冲区，形成初步的图像。
4. 美化润色 (GPU)：后处理阶段接收这张初步图像，通过全屏Shader对其进行二次加工，添加各种炫酷的视觉效果，最终形成我们看到的精美画面。

四、应用使用场景

• 应用阶段：优化Draw Call数量（合批）、管理场景加载/卸载、实现LOD（Level of Detail）系统、控制相机的视锥体剔除。
• 几何阶段：实现模型的位移、旋转、缩放；制作顶点动画（如飘动的旗帜、融化的蜡像）；实现骨骼动画（Skinned Mesh Renderer）。
• 光栅化阶段：几乎所有的基础视觉表现都在此阶段完成：物体本身的颜色、纹理、光照、阴影、透明度、反射等。
• 后处理阶段：提升画面整体质感和艺术风格：添加电影感的暗角(Vignette)、营造梦幻的光晕(Bloom)、模拟真实相机的景深(DOF)和动态模糊(Motion Blur)。

五、环境准备

• Unity Hub & Editor：推荐使用 Unity 2022 LTS 或更高版本。
• 渲染管线：建议使用 Universal Render Pipeline (URP)。它比内置管线更现代、更高效，且代码结构更清晰。可以在Unity Hub创建项目时直接选择URP模板，或在现有项目中通过Package Manager安装Universal RP包。
• IDE：Visual Studio 或 Rider，用于编写C#脚本和Shader代码。
• 测试场景：创建一个简单的场景，包含一个主相机、一个方向光、一个带有URP Lit Shader的3D物体（如Cube或Sphere）和一个Unlit Shader的物体用于对比。

六、实际详细应用代码示例实现

示例一：应用阶段 - 使用 Command Buffers 扩展渲染

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

// 将此脚本挂载到主相机上
public class CommandBufferExample : MonoBehaviour
{
    public RenderPassEvent injectionPoint = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
    public Material customMaterial; // 用于后期绘制的材质
    public Mesh meshToRender;       // 要绘制的网格
    public LayerMask layerMask;     // 绘制物体的层级

    private Camera _camera;
    private CommandBuffer _commandBuffer;
    private string _cmdBufferName = "CmdBuffer - After Opaques";

    void OnEnable()
    {
        _camera = GetComponent<Camera>();
        if (_camera == null) return;

        // 获取URP的Volume组件，以便访问其创建的纹理
        var volume = FindObjectOfType<Volume>();
        if (volume == null || !volume.profile.TryGet(out Bloom bloom)) return;


        // 创建Command Buffer
        _commandBuffer = new CommandBuffer();
        _commandBuffer.name = _cmdBufferName;

        // 1. 告诉Command Buffer我们要把结果渲染到一个临时纹理里
        int tempTextureID = Shader.PropertyToID("_CustomAfterOpaqueTexture");
        _commandBuffer.GetTemporaryRT(tempTextureID, -1, -1, 0, FilterMode.Bilinear, RenderTextureFormat.Default);
        
        // 2. 设置渲染目标为我们的临时纹理
        _commandBuffer.SetRenderTarget(tempTextureID);
        
        // 3. 清除渲染目标
        _commandBuffer.ClearRenderTarget(true, true, Color.clear);
        
        // 4. 添加绘制命令
        // 参数：Shader中的Pass编号, 要绘制的网格, 材质, 摄像机, 要绘制的层级
        _commandBuffer.DrawRenderer(GetComponent<Renderer>(), customMaterial, 0, 0); 
        // 或者使用 DrawMeshNow
        // _commandBuffer.DrawMesh(meshToRender, transform.localToWorldMatrix, customMaterial);

        // 5. (可选)将这个纹理设置给一个全局Shader变量，供后处理Shader使用
        _commandBuffer.SetGlobalTexture("_CustomAfterOpaqueTexture", tempTextureID);

        // 6. 将Command Buffer注入到URP的渲染管线中
        _camera.AddCommandBuffer(injectionPoint, _commandBuffer);
    }

    void OnDisable()
    {
        if (_camera != null && _commandBuffer != null)
        {
            _camera.RemoveCommandBuffer(injectionPoint, _commandBuffer);
            _commandBuffer.Release();
        }
    }
}

示例二：几何阶段 - 编写简单的顶点着色器

// 文件: SimpleWaveShader.shader
Shader "Custom/SimpleWaveShader"
{
    Properties
    {
        _BaseColor ("Base Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _WaveSpeed ("Wave Speed", Float) = 1.0
        _WaveFrequency ("Wave Frequency", Float) = 1.0
        _WaveAmplitude ("Wave Amplitude", Float) = 0.1
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" "Queue"="Geometry"}
        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes
            {
                float4 positionOS   : POSITION; // 模型空间位置
                float3 normalOS     : NORMAL;
                float2 uv           : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionCS   : SV_POSITION; // 裁剪空间位置
                float3 positionWS   : TEXCOORD2; // 世界空间位置 (传给片元着色器)
                float2 uv           : TEXCOORD0;
            };

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
                half4 _BaseColor;
                float _WaveSpeed;
                float _WaveFrequency;
                float _WaveAmplitude;
            CBUFFER_END

            Varyings vert(Attributes input)
            {
                Varyings output;

                // 1. 计算顶点在世界空间的位置 (用于动画计算)
                VertexPositionInputs vertexInput = GetVertexPositionInputs(input.positionOS.xyz);
                
                // 2. 顶点动画计算
                // 使用世界空间的XZ位置和Time.time来生成一个偏移值
                float waveOffset = sin((vertexInput.positionWS.x + vertexInput.positionWS.z) * _WaveFrequency + _Time.y * _WaveSpeed) * _WaveAmplitude;
                
                // 3. 将偏移应用到模型空间的Y坐标上
                input.positionOS.y += waveOffset;

                // 4. MVP变换 (URP提供的内置函数)
                output.positionCS = TransformObjectToHClip(input.positionOS.xyz);
                output.positionWS = TransformObjectToWorld(input.positionOS.xyz); // 重新计算一次世界坐标
                output.uv = input.uv;
                return output;
            }

            half4 frag(Varyings input) : SV_Target
            {
                // 简单地使用颜色和UV做一些事情
                half4 color = _BaseColor;
                // 可以根据世界坐标的Y值来改变亮度，让波浪起伏更明显
                color.rgb *= saturate(input.positionWS.y * 0.5 + 0.5); 
                return color;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
    Fallback "Diffuse"
}

示例三：光栅化阶段 - 实现简单的PBR和透明混合

1. 在Project窗口右键 -> Create -> Material。
2. 选中新材质，在Inspector中将Shader设置为Universal Render Pipeline/Lit。
3. 将材质的 Rendering Mode​ 从 Opaque改为 Transparent。
4. 调整 Base Map​ 的颜色，并设置其Alpha通道为一个小于1的值（如0.5）。

• Blend Mode：启用Alpha混合 (SrcFactor = SrcAlpha, DstFactor = OneMinusSrcAlpha)。
• Depth Write：禁用。这是至关重要的。如果两个半透明物体重叠，深度写入会导致后面的物体无法通过深度测试，从而无法被正确混合。因此，半透明物体通常按从后往前的顺序渲染，并且只进行深度测试（判断是否可见），但不写入深度缓冲区。

示例四：后处理阶段 - 创建自定义Bloom效果

// 文件: SimpleBloom.shader
Shader "Hidden/Custom/SimpleBloom"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Input Texture", 2D) = "white" {}
        _BloomThreshold ("Bloom Threshold", Range(0.0, 1.0)) = 0.8
        _BloomIntensity ("Bloom Intensity", Float) = 1.0
    }
    SubShader
    {
        // No culling or depth
        Cull Off ZWrite Off ZTest Always

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex Vert
            #pragma fragment Frag
            
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes
            {
                float4 positionCS : POSITION;
                float2 texcoord   : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionCS : SV_POSITION;
                float2 texcoord   : TEXCOORD0;
            };

            TEXTURE2D(_MainTex);
            SAMPLER(sampler_MainTex);
            TEXTURE2D(_CameraColorTexture); // URP提供的源图像
            SAMPLER(sampler_CameraColorTexture);

            float4 _MainTex_TexelSize;
            float _BloomThreshold;
            float _BloomIntensity;

            Varyings Vert(Attributes input)
            {
                Varyings output;
                output.positionCS = TransformObjectToHClip(input.positionCS.xyz);
                output.texcoord = input.texcoord;
                return output;
            }

            // 提取亮部的函数
            half3 SampleMain(float2 uv)
            {
                half3 color = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraColorTexture, sampler_CameraColorTexture, uv).rgb;
                // 计算亮度 (使用Rec.709 luma系数)
                half brightness = dot(color, half3(0.2126, 0.7152, 0.0722));
                // 与原图进行插值，只保留高于阈值的亮部
                return color * saturate(brightness - _BloomThreshold);
            }

            half4 Frag(Varyings input) : SV_Target
            {
                // 1. 采样原始图像
                half3 originalColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraColorTexture, sampler_CameraColorTexture, input.texcoord).rgb;
                
                // 2. 简易模糊 (两次采样取平均，非常简陋)
                float2 offset = _MainTex_TexelSize.xy * 2.0;
                half3 bloom = SampleMain(input.texcoord);
                bloom += SampleMain(input.texcoord + float2(offset.x, 0));
                bloom += SampleMain(input.texcoord - float2(offset.x, 0));
                bloom += SampleMain(input.texcoord + float2(0, offset.y));
                bloom += SampleMain(input.texcoord - float2(0, offset.y));
                bloom /= 5.0;

                // 3. 混合原始图像和泛光
                half3 finalColor = originalColor + bloom * _BloomIntensity;
                
                return half4(finalColor, 1.0);
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

// 文件: SimpleBloomRenderPass.cs
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class SimpleBloomRenderPass : ScriptableRenderPass
{
    private Material _material;
    private RenderTargetIdentifier _source;
    private RenderTargetHandle _tempTexture;

    public SimpleBloomRenderPass(Material material)
    {
        _material = material;
        renderPassEvent = RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing; // 在URP内置后处理之前执行
        _tempTexture.Init("_TempBloomTexture");
    }

    public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)
    {
        // 配置临时渲染纹理的大小
        var descriptor = cameraTextureDescriptor;
        descriptor.depthBufferBits = 0; // 不需要深度
        cmd.GetTemporaryRT(_tempTexture.id, descriptor, FilterMode.Bilinear);
    }

    public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
    {
        if (!_material) return;

        var sortFlags = renderingData.cameraData.defaultOpaqueSortFlags;
        var drawSettings = CreateDrawingSettings(new ShaderTagId("UniversalForward"), ref renderingData, sortFlags);
        drawSettings.overrideMaterial = _material;

        var filterSettings = FilteringSettings.defaultValue;

        // 将当前相机的颜色纹理设置为我们的Shader的_MainTex
        _source = renderingData.cameraData.renderer.cameraColorTarget;

        CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get("Simple Bloom Pass");

        // 使用我们的材质绘制一个全屏四边形
        // 这会执行Shader中的Vert和Frag函数
        // 注意：这里我们只是用这个Pass来执行后处理，并不实际绘制场景物体
        // 正确的方式是使用一个Blit操作
        Blit(cmd, _source, _tempTexture.Identifier(), _material, 0); // 将源->临时纹理，应用mat的pass 0
        Blit(cmd, _tempTexture.Identifier(), _source, _material, 1); // 将临时纹理->源，应用mat的pass 1 (如果需要双pass)
        // 简化：我们只用一个Pass，所以直接覆盖回去
        Blit(cmd, _source, _tempTexture.Identifier(), _material); // Pass 0
        Blit(cmd, _tempTexture.Identifier(), _source); // 拷贝回来


        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
        CommandBufferPool.Release(cmd);
    }

    public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd)
    {
        cmd.ReleaseTemporaryRT(_tempTexture.id);
    }
}

// 文件: SimpleBloomFeature.cs
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class SimpleBloomFeature : ScriptableRendererFeature
{
    public Shader bloomShader;
    private Material _material;
    private SimpleBloomRenderPass _renderPass;

    public override void Create()
    {
        if (bloomShader == null)
        {
            Debug.LogError("SimpleBloomFeature: Bloom Shader not assigned.");
            return;
        }
        _material = CoreUtils.CreateEngineMaterial(bloomShader);
        if (_material == null)
        {
            Debug.LogError("SimpleBloomFeature: Failed to create material from shader.");
            return;
        }
        _renderPass = new SimpleBloomRenderPass(_material);
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
    {
        if (renderingData.cameraData.cameraType == CameraType.Game)
        {
            renderer.EnqueuePass(_renderPass);
        }
    }

    protected override void Dispose(bool disposing)
    {
        if (disposing)
        {
            if (_material != null) CoreUtils.Destroy(_material);
        }
    }
}

1. 将SimpleBloom.shader赋给SimpleBloomFeature脚本的Bloom Shader属性。
2. 在URP Renderer Asset（如ForwardRenderer.asset）中，点击Add Render Feature，添加SimpleBloomFeature。
3. 运行场景，你应该能看到场景中的亮部产生了泛光效果。

七、运行结果与测试步骤

1. 导入代码：将上述所有脚本和Shader放入项目的相应文件夹（Assets/Shaders, Assets/Scripts/Rendering）。
2. 配置管线：确保你的项目使用的是URP，并已创建了Renderer Asset。
3. 测试Command Buffer：
   • 创建一个Cube，并为其创建一个新的材质，使用该材质和Shader（比如Unlit/Color）。
   • 将此材质赋给CommandBufferExample脚本的Custom Material字段。
   • 将CommandBufferExample脚本挂载到Main Camera上。
   • 进入Play模式，打开Frame Debugger​ (Window -> Analysis -> Frame Debugger)。你会看到在AfterRenderingOpaques事件下，多了一个名为CmdBuffer - After Opaques的渲染事件。
4. 测试顶点着色器：
   • 创建一个Plane或Cube。
   • 将SimpleWaveShader赋给它。
   • 进入Play模式，观察物体是否在波动。
5. 测试透明混合：
   • 创建一个Sphere，为其赋予我们之前创建的透明材质。
   • 将它放在一个不透明物体前面，观察其半透明效果和与其他半透明物体的混合情况。
6. 测试后处理：
   • 按照步骤配置好SimpleBloomFeature。
   • 创建一个非常亮的材质（如自发光强度极高的白色），赋给场景中的一个物体。
   • 进入Play模式，观察该明亮物体周围是否出现了泛光效果。可以通过Frame Debugger查看BeforeRenderingPostProcessing阶段的Simple Bloom Pass。

八、部署场景，疑难解答，未来展望，技术趋势与挑战

部署场景

• 游戏开发：AAA级主机/PC游戏、手游、VR/AR应用。
• 建筑可视化与工业设计：实时漫游、产品配置器。
• 影视与动画：使用Unity/Unreal等引擎进行实时预演或最终帧渲染。
• 模拟训练：飞行模拟器、医疗手术模拟。

疑难解答

• 物体不显示：检查Shader是否有编译错误（Console窗口），检查材质球参数，检查物体Layer是否在相机的Culling Mask内。
• 后处理不生效：检查Frame Debugger，看Render Pass是否被加入队列并执行。检查Shader的Properties是否与C#脚本中传递的参数名一致。
• 性能问题：使用Profiler和Frame Debugger定位瓶颈。
  • CPU瓶颈：Draw Call过高。考虑合批、减少材质种类、使用GPU Instancing。
  • GPU瓶颈：片元着色器过于复杂（Overdraw）、几何阶段顶点数过多。考虑简化Shader、使用LOD、优化模型。
• 透明物体渲染错误：半透明物体顺序错误导致混合异常。尝试在材质中调整Sorting Priority，或手动控制渲染顺序。

未来展望与技术趋势

• Deferred Rendering (延迟渲染) 的复兴：URP目前是前向渲染。新一代的Deferred Rendering（如Deferred Shading, Deferred Lighting, Tile-Based Deferred Rendering）正在URP中进行探索，它能更高效地处理大量光源，是开放世界游戏的标配。
• Mesh Shading：下一代图形API（DX12 Ultimate, Vulkan Next）引入的新管线，用更灵活、更高效的Task Shader和Mesh Shader取代了传统的Vertex Shader和Geometry Shader，将几何处理的控制权更多地交给开发者，能极大提升几何复杂场景的性能。
• Ray Tracing (光线追踪)：实时光线追踪正从高端PC和主机下放到更广泛的平台。Unity通过DXR和URP的Path Tracing Denoiser等方式提供支持。未来将是光栅化与光线追踪的混合时代(Hybrid Rendering)。
• AI与机器学习在渲染中的应用：DLSS (Deep Learning Super Sampling)、FSR (FidelityFX Super Resolution) 等超分辨率技术利用AI来提升性能和画质。AI也被用于辅助生成纹理、自动化LUT调色、智能降噪等。
• 云渲染与串流：将繁重的渲染计算放在云端服务器，客户端只接收压缩的视频流。这将打破终端硬件性能的壁垒。

技术挑战

• 复杂度管理：现代渲染管线越来越复杂，对开发者的知识体系要求极高。
• 跨平台一致性：在不同性能的GPU和API（Vulkan, Metal, DX12）上实现一致的视觉效果和性能是一大挑战。
• 功耗与发热：特别是在移动和XR设备上，如何在有限的功耗预算内实现最佳效果是持续的博弈。
• 人才稀缺：精通渲染编程的高端图形程序员仍然非常稀缺。

九、总结