Unity URP 渲染中的灯光数量设置— 场景、使用方法与渲染原理详解

Unity URP 渲染中的灯光数量设置详解

Universal Render Pipeline (URP) 是 Unity 的轻量级渲染管线，专为移动和中低端设备优化。在 URP 中，灯光数量设置直接影响场景渲染性能和视觉质量。URP 默认使用前向渲染（Forward Rendering），这会限制每个对象渲染的附加灯光数量，以避免 GPU 开销过大。以下详解灯光数量的设置场景、使用方法和渲染原理，基于 Unity 6（2025 年版本）和 URP 16.x+（兼容 Unity 2021.3+）。如果使用 Built-in RP 或 HDRP，灯光处理机制不同（HDRP 支持更多动态灯光）。

1. 灯光数量设置的场景与重要性

URP 中的灯光数量设置主要针对附加灯光（Additional Lights），即除主方向光（Main Directional Light）外的点光源（Point）、聚光源（Spot）和额外方向光（Directional）。主方向光不计入限制，通常是场景的主要光源。

适用场景：

• 性能优化：在移动端或低端 PC 上，限制灯光数量可保持 60 FPS（如 AR/VR 项目）。
• 质量分级：不同设备/设置（如 Low/Medium/High Quality）使用不同灯光上限，实现动态调整（e.g., 手机 4 盏，PC 16 盏）。
• 复杂场景：室内多灯（如房间灯泡）或室外动态灯（如街灯），超出限制时灯光会按距离/重要性剔除。
• 艺术控制：限制灯光避免过度照明，确保艺术一致性（如夜景仅 2-4 盏灯）。
• XR 项目：头显渲染双目视图，开销翻倍，需严格限制灯光（推荐 4-8 盏）。

为什么需要设置？

• 默认限制：URP 前向渲染每个对象最多渲染 8 盏附加灯光（Per-Object Limit），超出部分忽略（按距离排序）。
• 性能影响：每盏灯增加 Draw Call 和像素计算，过多导致掉帧（e.g., 16 盏灯 vs 8 盏，GPU 负载 +50%）。
• 平衡：更多灯光需切换 Deferred Rendering，但 Deferred 在低端设备上更慢（内存开销高）。

2. 使用方法：如何设置灯光数量

URP 灯光设置集中在 URP Asset（渲染资产）中，可为不同质量级别创建多个 Asset。步骤如下：

步骤1: 创建/编辑 URP Asset

• Edit > Project Settings > Graphics > Scriptable Render Pipeline Settings > 创建/选择 URP Asset（如果无，Assets > Create > Rendering > URP Asset）。
• Inspector 中展开 Lighting 部分：
• Main Light：主方向光设置（不限数量，通常 1 盏）。
• Additional Lights：
  • Cast Shadows：附加灯光是否投射阴影（影响性能）。
  • Per-Object Limit：每个对象渲染的附加灯光上限（默认 8，范围 1-32；低端设 4，中端 8，高端 16+）。
  • Light Cookie：附加灯光纹理支持（可选）。

步骤2: 质量分级配置

• Edit > Project Settings > Quality > Quality Levels > 创建多个级别（e.g., Low/Medium/High）。
• 每个级别关联不同 URP Asset：
• Low: Per-Object Limit = 4（移动端）。
• High: Per-Object Limit = 16（PC）。
• 运行时切换：QualitySettings.SetQualityLevel(1);（0=Low, 1=Medium 等）。

步骤3: 切换渲染路径（更多灯光）

• URP Asset > Rendering > Rendering Path：
• Forward（默认）：高效，但 Per-Object Limit 严格（8 盏）。
• Deferred：支持更多灯光（理论无限，但每盏灯开销更高），适合复杂照明场景。
• 切换 Deferred 后，灯光数量无硬限，但需监控性能（Profiler > Rendering）。

步骤4: 代码动态控制

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

public class DynamicLightController : MonoBehaviour
{
    public UniversalRenderPipelineAsset urpAsset;  // 拖拽你的 URP Asset

    void Start()
    {
        // 动态设置灯光数量
        SetLightLimit(12);  // 例如 High Quality 设为 12

        // 切换渲染路径
        SetRenderingPath(RenderingPath.Deferred);
    }

    public void SetLightLimit(int limit)
    {
        if (urpAsset != null)
        {
            urpAsset.maxAdditionalLightsCount = Mathf.Clamp(limit, 1, 32);  // 附加灯光上限
            GraphicsSettings.renderPipelineAsset = urpAsset;  // 应用变更
        }
    }

    public void SetRenderingPath(RenderingPath path)
    {
        if (urpAsset != null)
        {
            urpAsset.renderingPath = path;
            GraphicsSettings.renderPipelineAsset = urpAsset;
        }
    }

    // 示例：根据设备性能调整
    public void AdjustForDevice()
    {
        int limit = SystemInfo.processorCount > 4 ? 16 : 8;  // 高端设备更多灯光
        SetLightLimit(limit);
    }
}

• 注意：动态变更需在运行时应用；编辑器中直接修改 Asset。

步骤5: 场景灯光测试

• 添加多个 Point Lights（>8 盏）。
• 运行 Play Mode，观察剔除（最近灯光优先）。
• Profiler > Rendering > Lights：查看实际渲染灯光数。

3. 渲染原理详解

URP 灯光渲染基于 Scriptable Render Pipeline (SRP)，优化为前向/延迟两种路径。

前向渲染（Forward Rendering，默认）

• 原理：
• 每个对象渲染时计算所有影响灯光（逐像素光照）。
• Per-Object Limit：每个对象仅渲染最近/最重要的 N 盏附加灯光（N=8 默认），超出忽略（按距离/强度排序）。
• 主方向光（Directional Light）不限，始终渲染（全局影响）。
• 性能：高效，低内存，但灯光数受限（避免昂贵的多光源着色）。
• 计算流程：
  1. 场景剔除（Culling）：确定可见对象。
  2. 灯光排序：按距离/重要性排序附加灯光。
  3. 渲染 Pass：对象 Draw 时仅应用前 N 盏灯的贡献（Shader 中累加）。
• 缺点：复杂场景（如 20+ 灯）会丢失远处灯光效果。

延迟渲染（Deferred Rendering，可切换）

• 原理：
• 先渲染 G-Buffer（几何缓冲：颜色/法线/深度等）。
• 后处理 Pass 中统一计算所有灯光（逐像素光照）。
• 灯光数量：理论无限（受 GPU 内存限），每盏灯独立 Pass（开销随灯光数线性增长）。
• 支持更多灯光（e.g., 32+ 盏），适合室内多光源。
• 性能：高内存开销，低端设备（如手机）不推荐；启用后 Per-Object Limit 无效。
• 计算流程：
  1. Geometry Pass：填充 G-Buffer。
  2. Lighting Pass：遍历所有灯光，累加贡献。
  3. Final Pass：合成图像。
• 缺点：不支持 MSAA（抗锯齿），需 TAA 替代；移动端热量/功耗高。

全局 vs 附加灯光

• Main Light：始终 1 盏（Directional），全局影响，不计入限制，支持阴影。
• Additional Lights：点/聚光/额外方向光，受 Per-Object Limit 限制，支持 Cookie（纹理投影）。
• 实时 vs 烘焙：实时灯光动态计算，烘焙灯光预计算（Lightmap），不计入限制，但静态。

渲染数据流

• URP ForwardRenderer：Clustered Lighting（聚类灯光），高效剔除远处灯。
• Shader 变体：URP 自动生成变体，根据灯光数优化（e.g., #pragma multi_compile _ _ADDITIONAL_LIGHTS）。
• 空间音频影响：灯光计算支持 AudioListener 位置，实现 3D 声音同步。

性能测试与优化

• 测试方法：Profiler > Rendering > Lights > 查看 Draw Calls 和 Batch。
• 优化技巧：
• 减少实时灯：使用 Light Probes/Baked GI 替换静态灯。
• Cookie/Shadows：仅关键灯启用（开销高）。
• LOD：远距离灯使用低强度/简化 Shader。
• Mobile：限制 4-6 盏灯，禁用 Shadows。
• 基准：1080p 场景，8 盏灯 ~200 Draw Calls（GTX 1660）；Deferred 16 盏 ~300 Calls。

总结与注意事项

• 总结：URP 灯光数量通过 URP Asset 配置，Forward 限 8 盏/对象，Deferred 支持更多。动态代码控制灵活，适合质量分级。
• 注意：
• 兼容：URP 16.x+ 支持更多自定义（e.g., Light Layers）。
• XR：双目渲染开销翻倍，建议 4 盏灯。
• 升级：从 Built-in 迁移需 Upgrade Materials。
• 文档：Unity Manual > URP > Lighting（官方详解）。

如果需要代码示例或 Deferred 配置细节，请提供更多信息！