【URP】Unity[内置Shader]粒子光照ParticlesLit

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

Unity URP内置的Particles Lit着色器是专为粒子系统设计的高质量光照模型，其核心作用是为火焰、烟雾、雨雪等动态粒子效果提供逼真的光照交互。该着色器采用URP的物理光照计算模型，支持透明混合、深度碰撞检测等高级特性，但会带来较高的性能开销。
原理与特性

• ‌光照模型‌：基于URP的PBR光照计算，支持方向光、点光源和聚光灯的实时交互，通过表面法线计算高光反射
  
• ‌混合模式‌：提供Alpha、Premultiply、Additive和Multiply四种混合模式，分别适用于云雾（Alpha）、玻璃反射（Premultiply）、全息效果（Additive）等场景
  
• ‌深度交互‌：可与深度纹理比对实现粒子碰撞效果，通过CS脚本在渲染管线中同步深度数据
  

发展沿革

• ‌2019年‌：随URP 7.x版本首次推出，最初仅支持基础光照模型
  
• ‌2021年‌：URP 12.x加入深度纹理交互支持，实现粒子碰撞效果
  
• ‌2023年‌：优化移动端性能，在URP 14.x中成为粒子系统默认推荐着色器
  

Particles Lit 对比 Lit

渲染模式选择

ParticlesLit专为粒子系统设计，提供更灵活的混合模式（如Additive、Multiply等），适合处理透明粒子的叠加效果，而Lit通常用于不透明或标准透明物体渲染。ParticlesLit支持通过Color Mode控制粒子颜色与材质颜色的混合方式（如Multiply、Additive等），可减少过度混合导致的性能损耗。
性能敏感功能裁剪

ParticlesLit默认关闭了Lit中部分高消耗特性（如复杂光照计算），采用简化的光照模型。例如，它避免使用完整PBR计算，转而使用预乘混合（Premultiply）保留高光的同时降低透明渲染开销。此外，粒子系统通常禁用碰撞检测和物理交互，进一步降低CPU负载。
资源复用与批处理

ParticlesLit鼓励材质共享和纹理图集化，通过减少DrawCall提升性能。建议多个粒子系统共用同一材质，且纹理尺寸不超过256x256。相比之下，Lit可能涉及更多独立材质实例，尤其在复杂场景中。
渲染参数优化

ParticlesLit提供针对粒子的特定参数控制：

• 通过Alpha Clipping实现硬边透明（如草叶效果），避免全透明混合的计算开销
  
• 推荐小尺寸粒子去除Alpha通道，改用Opaque渲染以减少Overdraw
  
• 限制粒子数量（单发射器 Lit
  
• 设置Surface Type为Transparent，Blending Mode为Additive
  
• 绑定粒子贴图并调整颜色参数：
  
• _MainTex: 火焰序列帧贴图
  _Color: RGBA(1,0.5,0,0.8)
  _Emission: 2.0
  

雨打到地上和物体上碰撞产生水花

• ‌雨水粒子基础配置‌：
  
  
  
  • 使用Rectangle发射器形状并旋转90度使粒子垂直下落
    
  • 设置Velocity over Lifetime的World空间模式确保雨滴始终朝Y轴降落
    
  • 通过Linear参数添加XYZ方向偏移模拟风力效果
    
  
  
• ‌碰撞检测模块‌：
  
  
  
  • 启用粒子系统的Collision模块，选择World碰撞模式
    
  • 设置Dampen参数为1使碰撞后粒子完全停止
    
  • 调整Bounce参数控制水花溅射力度
    
  
  
• ‌水花效果生成‌：
  
  
  
  • 使用Sub Emitters模块在粒子消亡时触发子发射器
    
  • 子粒子系统采用Horizontal Billboard渲染模式保持水平显示
    
  • 通过Size over Lifetime曲线控制水花扩散动画
    
  
  
• RainCollisionController.cs
  1. using UnityEngine;
  3. [RequireComponent(typeof(ParticleSystem))]
  4. public class RainCollisionController : MonoBehaviour {
  5.     private ParticleSystem _mainSystem;
  6.     private ParticleSystem _splashSystem;
  8.     void Start() {
  9.         _mainSystem = GetComponent<ParticleSystem>();
  10.         var collision = _mainSystem.collision;
  11.         collision.enabled = true;
  12.         collision.type = ParticleSystemCollisionType.World;
  14.         // 获取子发射器系统
  15.         _splashSystem = transform.GetChild(0).GetComponent<ParticleSystem>();
  16.     }
  18.     void Update() {
  19.         // 动态调整粒子发射速率
  20.         var emission = _mainSystem.emission;
  21.         emission.rateOverTime = Mathf.Lerp(50, 500, WeatherManager.Instance.RainIntensity);
  22.     }
  23. }

  复制代码
• RainCollisionController.cs
  1. Shader "Custom/Ripple" {
  2.     Properties {
  3.         _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
  4.         _Speed ("Animation Speed", Range(0,5)) = 1.0
  5.     }
  6.     SubShader {
  7.         Tags { "Queue"="Transparent" }
  8.         Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
  10.         Pass {
  11.             HLSLPROGRAM
  12.             #pragma vertex vert
  13.             #pragma fragment frag
  14.             // 着色器代码...
  15.             ENDHLSL
  16.         }
  17.     }
  18. }

  复制代码
• 性能优化
  
  
  
  • ‌纹理数组替代‌：使用Texture2DArray将多张纹理合并为单一资源，通过索引值（存储在SplatMap的R/G通道）选择纹理，减少采样次数。例如：
    1. hlsl
    2. half4 var_Main = SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY(_TexArray, sampler_TexArray, uv, splat.r * 255) * splat.b;
    3. half4 var_Sec = SAMPLE_TEXTURE2D_ARRAY(_TexArray, sampler_TexArray, uv, splat.g * 255) * (1 - splat.b);
    4. half4 finalRGB = var_Main + var_Sec;

    复制代码
  • ‌高度混合增强‌：结合高度图（存储在SplatMap的B通道）实现更自然的过渡效果，通过比较各层高度值动态调整权重
    
  
  

Shader Graph应用

实现雨滴效果：

• 创建新的Shader Graph，选择URP Particle Lit模板
  
• 添加Texture Sample节点连接Main Texture输入口
  
• 使用Custom Function节点实现法线扰动：
  

1. hlsl
2. void RainDistortion_float(float2 uv, out float3 normal){
3.     normal = float3(frac(uv.x * 10), frac(uv.y * 5), 1);
4. }

复制代码

• 输出口连接Normal和Base Color通道
  
• RainParticle.shadergraph
  1. {
  2.     "m_Nodes": [
  3.         {
  4.             "m_Type": "UnityEditor.ShaderGraph.Texture2DNode",
  5.             "m_Outputs": [{ "m_Name": "Out" }],
  6.             "m_Inputs": [{ "m_Name": "Texture", "m_DefaultValue": "Assets/Textures/RainDrop.png" }]
  7.         },
  8.         {
  9.             "m_Type": "UnityEditor.ShaderGraph.CustomFunctionNode",
  10.             "m_Outputs": [{ "m_Name": "normal" }],
  11.             "m_Code": "RainDistortion_float"
  12.         }
  13.     ],
  14.     "m_Edges": [
  15.         { "m_OutputSlot": 0, "m_InputSlot": "BaseColor" },
  16.         { "m_OutputSlot": 1, "m_InputSlot": "Normal" }
  17.     ]
  18. }

  复制代码

该示例通过Shader Graph创建动态雨滴效果，包含纹理采样和法线扰动功能，需配合粒子系统使用
<blockquote>
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