双缓冲机制介绍

双缓冲(Double Buffer)是一种图形渲染中的常用技术，通过使用两个缓冲区(前台缓冲区和后台缓冲区)来解决图形渲染过程中的闪烁和撕裂问题。在Unity URP中，双缓冲机制主要用于管理渲染目标，确保渲染过程的平滑进行。

双缓冲的核心原理是：一个缓冲区用于当前显示的帧(前台缓冲区)，另一个缓冲区用于绘制新帧(后台缓冲区)。当后台缓冲区完成绘制后，系统会执行交换操作，将两个缓冲区瞬时交换。现代GPU通常使用三重缓冲等多缓冲技术来进一步优化性能。

历史发展流程

双缓冲技术最早应用于图形显示领域，用于解决屏幕刷新和图形绘制之间的同步问题。在Unity引擎中，双缓冲机制随着渲染管线的演进不断优化：

?内置渲染管线时期?：Unity早期版本使用内置渲染管线，双缓冲主要通过命令缓冲区(CommandBuffer)实现，开发者可以手动管理渲染目标的切换。

?可编程渲染管线(SRP)引入?：Unity 2018版本引入可编程渲染管线概念，为双缓冲提供了更灵活的接口。

?URP成熟期?：在URP(Universal Render Pipeline)中，双缓冲机制被系统化封装，形成了SwapBufferSystem等高级抽象，优化了后处理流程。

内置管线与URP中的双缓冲变量

内置管线中的双缓冲变量

在内置渲染管线中，双缓冲主要通过以下变量和机制实现：

CommandBuffer：存储一系列渲染指令的容器，可用于设置渲染目标

RenderTexture：临时渲染纹理，常被用作后台缓冲区

BuiltinRenderTextureType：内置纹理类型，包括CurrentActive和CameraTarget等

URP中的双缓冲变量

URP对双缓冲机制进行了更高级的封装，主要涉及以下变量和类：

SwapBufferSystem：URP中的双缓冲系统实现，包含m_A和m_B两个SwapBuffer结构体

RenderTargetHandle：URP中表示渲染目标的句柄

ScriptableRenderPass：渲染通道基类，包含设置渲染目标的接口

UniversalRenderer：URP默认渲染器，管理双缓冲的初始化和交换

底层原理解析

底层实现核心类与变量

在Unity URP中，双缓冲机制主要通过SwapBufferSystem类实现，该类包含两个关键变量m_A和m_B，分别代表前后缓冲区。具体实现位于UniversalRenderer类中，作为渲染目标管理系统的核心组件。

主要实现细节

SwapBuffer结构体：包含name(缓冲区名称)和rt(RenderTexture)两个字段

SwapBufferSystem类：管理两个SwapBuffer实例的交换逻辑

UniversalRenderer类：初始化并控制双缓冲系统的生命周期

?缓冲区创建?

在UniversalRenderer的Setup方法中创建两个渲染目标，这些目标实际上是纹理支持的帧缓冲。

?描述符控制?

通过cameraTargetDescriptor参数描述渲染目标的内存分配方式，可以在AddRenderPasses阶段修改这些参数来"劫持"渲染目标。

?交换机制?

URP使用SwapBufferSystem维护两个渲染目标缓冲区(m_A和m_B)，在渲染过程中交替使用，避免中间环节的重复拷贝。

?同步控制?

双缓冲与VSync信号配合工作，确保缓冲区交换与屏幕刷新同步，防止画面撕裂.

双缓冲机制URP示例

后处理效果双缓冲实现

PostProcessFeature.cs

后处理效果中如何使用临时渲染目标实现双缓冲交换，避免直接修改原始帧缓冲导致的问题

using UnityEngine;

using UnityEngine.Rendering;

using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class CustomPostProcessPass : ScriptableRenderPass

{

private Material m_Material;

private RenderTargetHandle m_TemporaryColorTexture;

private RenderTargetHandle m_CameraColorTexture;

public CustomPostProcessPass(Material material)

{

m_Material = material;

m_TemporaryColorTexture.Init("_TemporaryColorTexture");

}

public override void Configure(CommandBuffer cmd, RenderTextureDescriptor cameraTextureDescriptor)

{

cmd.GetTemporaryRT(m_TemporaryColorTexture.id, cameraTextureDescriptor);

}

public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)

{

CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get("Custom Post Processing");

// 双缓冲交换

Blit(cmd, m_CameraColorTexture.Identifier(),

m_TemporaryColorTexture.Identifier(), m_Material);

Blit(cmd, m_TemporaryColorTexture.Identifier(),

m_CameraColorTexture.Identifier());

context.ExecuteCommandBuffer(cmd);

CommandBufferPool.Release(cmd);

}

public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd)

{

cmd.ReleaseTemporaryRT(m_TemporaryColorTexture.id);

}

}

自定义渲染目标双缓冲系统

CustomBufferSystem.cs

实现了一个简单的双缓冲系统示例，可用于需要多帧数据累积的效果如运动模糊

using UnityEngine;

using UnityEngine.Rendering;

using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class CustomBufferSystem

{

private RenderTargetHandle[] m_Buffers = new RenderTargetHandle[2];

private int m_CurrentBufferIndex = 0;

public void Initialize(string name)

{

m_Buffers[0].Init(name + "_Buffer0");

m_Buffers[1].Init(name + "_Buffer1");

}

public RenderTargetHandle GetCurrentBuffer()

{

return m_Buffers[m_CurrentBufferIndex];

}

public RenderTargetHandle GetNextBuffer()

{

return m_Buffers[(m_CurrentBufferIndex + 1) % 2];

}

public void Swap()

{

m_CurrentBufferIndex = (m_CurrentBufferIndex + 1) % 2;

}

public void Dispose(CommandBuffer cmd)

{

cmd.ReleaseTemporaryRT(m_Buffers[0].id);

cmd.ReleaseTemporaryRT(m_Buffers[1].id);

}

}

URP多相机渲染双缓冲同步

MultiCameraRenderer.cs

多相机渲染场景中如何使用双缓冲机制实现平滑的相机切换效果

using UnityEngine;

using UnityEngine.Rendering;

using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class MultiCameraRenderer : MonoBehaviour

{

public Camera[] cameras;

private RenderTexture[] buffers = new RenderTexture[2];

private int currentBufferIndex = 0;

void Start()

{

buffers[0] = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 24);

buffers[1] = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 24);

}

void Update()

{

var renderer = (UniversalRenderPipelineAsset)GraphicsSettings.currentRenderPipeline;

// 渲染到后台缓冲区

int nextBufferIndex = (currentBufferIndex + 1) % 2;

cameras[0].targetTexture = buffers[nextBufferIndex];

// 交换缓冲区

currentBufferIndex = nextBufferIndex;

// 显示当前缓冲区

Graphics.Blit(buffers[currentBufferIndex], null as RenderTexture);

}

}