渲染管线对照：URP vs CPU 复刻

标准渲染管线

一条可编程渲染管线的各阶段：

顶点数据 → 顶点着色 → 裁剪 → 光栅化 → 片元着色 → 帧缓冲

一一对应

本渲染器把 URP 的每个阶段都用 CPU 代码实现了一遍，骨架完全照搬 URP，只是从 GPU 搬到 CPU——目的是可逐行调试、让 URP 里看不见的中间值全部可见。

参考

• Render pipeline（渲染管线）
• Unity URP（可编程渲染管线）

工程的三层结构

三种着色器

实现了 Lit、SimpleLit、UnLit 三种，名字与 Unity URP 完全一致：

• Lit：完整光照（直接光 + 环境光），最常用
• SimpleLit：简化光照，性能优先
• UnLit：不受光，直接输出颜色

这种分层让”场景描述 / 管线调度 / 着色计算”职责分离，和商业引擎的架构一致。

参考

• Unity Shader（Lit / SimpleLit / UnLit）

场景参数：与 Unity Inspector 对齐

本渲染器场景用 JSON 描述，但每个数字都对齐 Unity 的约定：相机位置/旋转/视野角、near/far，以及坐标系和旋转顺序。

左手坐标系

Unity 用左手坐标系（DirectX 风格）：+x 右、+y 上、+z 向前。本渲染器照此对齐。这与 OpenGL/smallpt 的右手系相反——坐标系不同会导致矩阵和裁剪的符号约定不同。

欧拉角与旋转顺序

Unity 用欧拉角表示旋转，旋转顺序固定（ZXY）。旋转顺序不同，同样的欧拉角会产生不同的最终朝向——所以必须严格对齐，否则相机视角对不上。

为什么要先对齐这些

只有坐标系、旋转顺序、投影矩阵全部一致，“比画面”才有意义。差一个符号或顺序，整个画面就错了。

参考

• Left-handed coordinate system（左手坐标系）
• Euler angles（欧拉角）

一帧的五个步骤

渲染器每画一帧做五件事：

1. 清空缓冲：清掉上一帧的颜色和深度
2. 上传相机和光源：设置 MVP 矩阵、光照参数
3. 逐物体算矩阵 + Draw：每个物体算模型矩阵，提交绘制
4. 逐三角形着色/裁剪/光栅化：顶点变换 → 裁剪 → 光栅化成像素
5. 转 sRGB 上屏：线性颜色空间转 sRGB 显示

这五步 = URP 一次渲染调用

本质和 URP 里一次 DrawCall 做的事相同，区别是 URP 在 GPU 黑盒里跑，这里摊开成可逐行调试的 C++。

sRGB 转换

最后一步的 sRGB 转换容易被忽略：光照计算在线性空间，但显示器用 sRGB（gamma ≈ 2.2）。不做这步转换，画面会偏暗或偏亮。

参考

• sRGB（维基百科）
• Gamma correction