URP Shader中为何新增Pass渲染顺序异常？

Question

在URP（Universal Render Pipeline）中，新增Pass后渲染顺序异常是一个常见问题。典型表现为：自定义Pass（如深度写入或轮廓线Pass）未按预期顺序执行，导致视觉错误，如对象被错误遮挡或特效失效。此问题通常源于Pass的LightMode标签设置不当或未正确配置RenderQueue和RenderType，致使URP的渲染队列排序逻辑混乱。此外，URP采用批量化和优化策略，可能重排Pass执行顺序，若未显式指定渲染阶段与依赖关系，易引发异常。开发者常忽略使用`RenderType="Opaque"`或`"Transparent"`与Shader Pass的协同配置，进一步加剧问题。如何正确设置Pass的LightMode与子着色器标签，成为解决渲染顺序异常的关键。

Answer 1

URP中新增Pass后渲染顺序异常的深度解析与解决方案

1. 问题现象：渲染顺序异常的表现形式

在使用Universal Render Pipeline（URP）开发过程中，开发者常通过添加自定义Shader Pass来实现特定视觉效果，例如轮廓线、深度写入、边缘高亮等。然而，新增Pass后常出现渲染顺序错乱的问题，具体表现为：

• 轮廓线被其他不透明物体遮挡，无法正确显示；
• 自定义深度Pass未在主Pass前执行，导致Z-Buffer写入时机错误；
• 半透明物体与自定义Pass混合时产生排序混乱；
• 某些特效Pass被批处理系统跳过或重排执行顺序。

这些视觉异常直接影响美术表现力和用户体验。

2. 根本原因分析：URP的渲染队列机制与Pass标签作用

URP基于SRP（Scriptable Render Pipeline）构建，其渲染流程高度依赖于Shader中的标签配置。关键影响因素包括：

标签名称	作用说明	常见取值
LightMode	决定Pass参与哪个渲染阶段	ForwardBase, SRPDefaultUnlit, DepthOnly
RenderType	用于替换Shader时分类匹配
"Opaque", "Transparent"
Queue	指定渲染队列顺序	"Geometry", "AlphaTest", "Transparent"

若未正确设置这些标签，URP将无法识别Pass应处的渲染阶段，从而导致调度错误。

3. 深层机制：URP如何排序与批处理Pass

URP在每一帧执行时会收集所有需要渲染的对象，并根据以下优先级进行排序：

1. 按Queue值分组（如Geometry < AlphaTest < Transparent）；
2. 组内按材质、Shader ID、距离等进一步排序；
3. 对相同状态的DrawCall进行批处理以提升性能；
4. 根据LightMode绑定到不同的Renderer Feature或Render Pass。

因此，若自定义Pass的LightMode未与URP内置路径匹配，或未显式声明Queue，则可能被归类至错误队列。

4. 解决方案一：正确配置SubShader与Pass标签

以下是一个正确的自定义深度写入Pass示例：

Shader "Custom/DepthWritePass"
{
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry" }
        
        // 深度写入Pass
        Pass
        {
            Name "DepthOnly"
            Tags { "LightMode" = "DepthOnly" }

            ZWrite On
            ColorMask 0

            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // ... 实现省略
            ENDHLSL
        }

        // 主渲染Pass
        Pass
        {
            Name "ForwardLit"
            Tags { "LightMode" = "UniversalForward" }
            
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // ... 实现省略
            ENDHLSL
        }
    }
}
    

注意：RenderType="Opaque"确保该Shader可被DepthOnly Renderer识别并正确插入。

5. 解决方案二：利用Renderer Features控制执行顺序

当仅靠Shader标签不足以控制顺序时，可通过C#脚本创建ScriptableRendererFeature精确插入Pass：

public class OutlineRenderFeature : ScriptableRendererFeature
{
    public override void Create()
    {
        var pass = new OutlineRenderPass(RenderPassEvent.AfterRenderingTransparents);
        renderer.EnqueuePass(pass);
    }
}
    

此方式允许开发者在URP预定义的RenderPassEvent时间节点插入自定义逻辑，避免被批处理打乱顺序。

6. 可视化流程：URP中Pass执行顺序决策流程图

graph TD
            A[开始渲染一帧] --> B{遍历所有渲染对象}
            B --> C[提取Shader中的Tags]
            C --> D[解析Queue与RenderType]
            D --> E[按Queue分组排序]
            E --> F[检查LightMode是否匹配当前Renderer]
            F --> G[将Pass加入对应RenderStage]
            G --> H[执行批处理优化]
            H --> I[按RenderPassEvent调度自定义Feature]
            I --> J[最终GPU绘制]

7. 常见误区与最佳实践

• 误区1：认为只要在Shader中写多个Pass就会按书写顺序执行 —— 实际由URP调度决定；
• 误区2：忽略RenderType，导致替换Shader（如Fog）失效；
• 最佳实践1：始终为自定义Pass明确设置LightMode与Queue；
• 最佳实践2：使用RenderPassEvent精细控制执行时机；
• 最佳实践3：对轮廓线等特效使用独立Material并设置Queue="Overlay"；
• 最佳实践4：调试时启用Frame Debugger查看实际Pass执行顺序。

8. 高级技巧：动态控制Pass渲染条件

可通过CullingResult或Camera类型动态决定是否执行某Pass：

var cullResults = renderer.CreateDrawingSettings(
    new List<ShaderTagId> { 
        new ShaderTagId("DepthOnly"), 
        new ShaderTagId("UniversalForward") 
    }, 
    ref renderingData, 
    SortingCriteria.CommonOpaque
);
    

结合FilteringSettings可实现更复杂的渲染过滤逻辑。

9. 调试与验证方法

推荐使用以下工具验证渲染顺序：

工具	用途	访问路径
Frame Debugger	查看每一步DrawCall执行顺序	Window > Analysis > Frame Debugger
RenderDoc	外部GPU调试，分析底层渲染指令	独立工具抓帧分析
URP Debug View	可视化深度、法线等中间结果	Scene窗口右上角Debug菜单

10. 扩展思考：未来URP版本中的变化趋势

随着URP向LWRP演进及Shader Graph支持增强，未来可能：

• 提供更多标准LightMode供扩展使用；
• 支持更细粒度的Pass依赖声明；
• 集成自动化的渲染顺序冲突检测机制；
• 强化Shader Variant Striping与编译期优化联动。

开发者需持续关注Unity官方文档与Release Notes以适应架构演进。