Unity HDRP

Unity HDRP – Einführung zur High-Definition Render Pipeline

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Die Unity HDRP (High-Definition Render Pipeline) wird besonders für die Entwicklung von Anwendungen mit hoher visueller Qualität eingesetzt. Mit dieser Render Pipeline ist genau das möglich – atemberaubende, realistische Grafiken und immersive visuelle Effekte in Echtzeit.

In diesem Artikel erkläre ich dir die Grundlagen der HDRP und deren Vorteile. Außerdem führe ich dich Schritt-für-Schritt durch die Erstellung und Konfiguration eines Unity HDRP Projektes. Egal, ob du ein neues Projekt von Grund auf erstellen oder ein bestehendes Projekt aufwerten möchtest. Mit diesem Tutorial erhältst du einen einfachen Einstieg für die Verwendung der Unity HDRP.

Was ist Unity HDRP?

Unity HDRP ist eine fortschrittliche Rendering-Technologie von Unity Technologies. Damit ist eine realistische und beeindruckende Bildqualität möglich. Die Render Pipeline wurde speziell entwickelt, um die Grenzen des 3D-Echtzeit Renderings zu erweitern und beeindruckende High-End-Grafiken zu realisieren.

Ein zentraler Aspekt ist es, fortschrittliche Beleuchtungstechniken und visuelle Effekte in Echtzeit zu berechnen. So können komplexe und globale Lichtberechnungen, die volumetrische Beleuchtung und Echtzeit-Reflektionen genutzt werden. Damit lassen sich realistische Licht- und Schatteneffekte erzeugen.

Die Unity HDRP verfügt ebenso über ein leistungsfähiges Materialsystem, das Physically Based Rendering (PBR) unterstützt. Dadurch können realitätsgetreue Materialien erstellt werden, die auf physikalischen Eigenschaften wie Albedo, Glanz und Rauheit basieren. Mit PBR besteht die Möglichkeit, Texturen und Materialien sehr detailliert und realistisch darzustellen.

Allerdings ist zu beachten, dass die Unity HDRP höhere Hardwareanforderungen als die Universal Render Pipeline (URP) besitzt. Die High-Definition Render Pipeline sollte also nur in Projekten mit leistungsstarker Hardware oder für Anwendungsfälle verwendet werden, in denen die visuelle Qualität von großer Bedeutung ist.

Hinweis: Du möchtest Anwendungen mit der HDRP entwickeln? Im Unity HDRP Workshop zeige ich dir alles Nötige, um Anwendungen mit AAA-Grafik zu erstellen. Darin lernst du unter anderem:

  • Projekt-Setup und HDRP-Grundlagen in Unity
  • Materialien, Texturen und Beleuchtung für realistische Szenen
  • Post-Processing-Effekte anwenden, um visuelle Qualität zu verbessern
  • Praktische Übungen zur Anwendung des Gelernten in realen Projekten

Starte also jetzt mit dem Workshop, um die Unity HDRP richtig zu nutzen. Falls du noch kein Mitglied auf der Lernplattform bist, kannst du alle Inhalte ganz einfach hier testen.

Vorteile der Unity HDRP

Die Unity HDRP ist mehr als nur eine Rendering-Technologie. Sie ist ein leistungsstarkes Tool, um in Unity Projekten eine beeindruckende Grafikqualität  zu erreichen. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Vorteile erläutert:

  • Fotorealistische Grafikqualität: Die HDRP ermöglicht die Erstellung von atemberaubenden, fotorealistischen Echtzeit-Grafiken. Dank fortschrittlicher Beleuchtungstechniken und hochwertigen Materialien können Szenen mit realistischen Schatten, Reflexionen und Lichteffekten entwickelt werden.
  • Physically Based Rendering (PBR): Durch die Nutzung des physikalisch basierten Materialsystems lassen sich reale, physikalische Eigenschaften wie Albedo, Glanz und Rauheit abbilden. Dadurch können Materialien realistisch dargestellt werden, unabhängig von den Lichtverhältnissen und vom Blickwinkel.
  • Fortschrittliche Beleuchtungstechniken: Mit der High-Definition Render Pipeline lassen sich komplexe Beleuchtungsszenarien erstellen. Das umfasst realistische Schatten, globale Beleuchtung, Echtzeit-Reflexionen und volumetrische Effekte.
  • Post-Processing-Effekte: Die Rendering-Technologie integriert Post-Processing-Effekte, um das visuelle Erscheinungsbild nach der eigentlichen Renderphase zu verbessern. Effekte wie Bloom, Tonemapping, Tiefenschärfe und Farbkorrekturen können verwendet werden, um das Aussehen einer Szene anzupassen.

Insgesamt bietet die Unity HDRP eine leistungsstarke und benutzerfreundliche Lösung, die die visuelle Qualität der Projekte auf ein neues Niveau hebt. Mit einer Fülle von realistischen Rendering-Techniken und beeindruckenden visuellen Effekten ist sie eine ausgezeichnete Wahl für Projekte, die eine hochwertige Grafikqualität benötigen.

Unity HDRP vs. Unity URP

Unity bietet verschiedene Render Pipelines. Darunter die High-Definition Render Pipeline (HDRP) und die Universal Render Pipeline (URP). Die Wahl zwischen der Unity HDRP und URP hängt stark von den Anforderungen des Projektes ab. Wenn beeindruckende visuelle Effekte und fotorealistische Grafik benötigt wird, ist die HDRP eine ausgezeichnete Wahl. Allerdings sind höhere Hardware-Anforderungen zu erfüllen.

Wenn die Priorität auf einer guten visuellen Qualität und einer optimierten Leistung auf verschiedenen Plattformen liegt, ist die URP die bessere Pipeline. Es ist sehr wichtig, die einzelnen Anforderungen des Projektes aufzulisten. Nur so lässt sich die richtige Entscheidung hinsichtlich der Render Pipeline treffen. Im Folgenden findest du eine Tabelle mit den wichtigsten Unterschieden.

Überblick Unity HDRP vs. Unity URP

Unity HDRP Unity URP
Projekte
Projekte mit hoher, visueller Qualität und Fotorealismus.
Projekte mit guter, visueller Qualität bei optimierter Leistung (z. B. mobile Spiele und Indie-Titel)
Rendering-Features
Fortschrittliche Rendering-Techniken wie globale Illumination, volumetrische Effekte und physikalisch basiertes Rendering (PBR).
Grundlegende Rendering-Features mit einfacher Beleuchtung und Post-Processing-Effekten.
Hardware-Anforderungen
Höhere Hardware-Anforderungen für optimale visuelle Qualität.
Bessere Skalierbarkeit auf verschiedenen Plattformen und geringere Hardware-Anforderungen.
Lernkurve
Möglicherweise eine steilere Lernkurve aufgrund fortschrittlicher Funktionen.
Einfacher und benutzerfreundlicher für einen schnellen Einstieg.
Plattformunterstützung
Unterstützung für PC, Konsolen und leistungsstarke Plattformen.
Breitere Unterstützung für mobile Geräte, Low-End-Hardware und ältere Plattformen.
Leistung und Optimierung
Höhere Anforderungen an die Leistungsoptimierung bei anspruchsvollen Szenen.
Bessere Leistungsoptimierung für mobile Geräte und weniger rechenintensive Szenen.
Grafische Qualität
Hervorragende, visuelle Qualität und realistische Grafik mit beeindruckenden Lichteffekten.
Gute visuelle Qualität, die dennoch beeindruckend und ansprechend ist, jedoch nicht so detailliert und realistisch wie HDRP.
Entwicklungszeit
Hohe Entwicklungszeit, da es mehr Optionen und Einstellungen gibt, die feinabgestimmt werden können.
Kürzere Entwicklungszeit, da es weniger komplexe Funktionen gibt und weniger Optimierung erforderlich ist.
Erweiterbarkeit
Gibt Entwicklern mehr Kontrolle und Anpassungsmöglichkeiten für benutzerdefinierte Effekte.
Weniger flexibel und anpassbar als HDRP, aber trotzdem ausreichend für die meisten Projekte.
Aufwand 3D Modell
Der Prozess der 3D Modellerstellung kann aufwendiger sein, um die volle visuelle Qualität zu erreichen.
Die Modellerstellung in URP ist im Allgemeinen weniger zeit- und ressourcenintensiv.

Grundlagen der Unity HDRP

Unity HDRP wurde speziell für Projekte konzipiert, die hohe Ansprüche an die Grafikqualität besitzen. Darunter unter anderem AAA-Spiele, Architekturvisualisierungen oder Filmeffekte. Um das volle Potenzial auszuschöpfen, ist es wichtig, die grundlegenden Konzepte zu verstehen. In diesem Abschnitt werfen wir einen Blick auf diese Kernaspekte…

PBR-Materialsystem

Das Materialsystem der Unity HDRP ist ein wesentlicher Bestandteil und ermöglicht es, die visuellen Eigenschaften von Oberflächen festzulegen. Das Ziel ist es, fotorealistische Materialien zu erzeugen, die auf physikalischen Eigenschaften basieren und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen korrekt dargestellt werden.

Dazu wird ein physikalisch basiertes Rendering Materialsystem (PBR) verwendet. PBR ist ein moderner Ansatz für die Darstellung von Materialien, der auf den tatsächlichen physikalischen Eigenschaften basiert. In Unity können bei einem PBR-Material unter Surface Inputs verschiedene Eigenschaften berücksichtigt werden:

  • Base Map (Albedo, Farbe): Die Base Map repräsentiert die Grundfarbe des Materials und beeinflusst, wie Licht reflektiert und absorbiert wird. Hier kann übrigens auch eine Textur verwendet werden.
  • Normalen: Normalen werden verwendet, um die Oberflächendetails eines Modells zu bestimmen und ermöglichen die Simulation von Lichtreflexionen.
  • Smoothness (Rauheit): Die Rauheit beeinflusst, wie glatt oder rau die Oberfläche ist. Eine raue Oberfläche streut das Licht mehr, während eine glatte Oberfläche das Licht stärker reflektiert.
  • Metallic (Metallizität): Die Metallizität definiert, ob ein Material metallisch oder nicht-metallisch ist. Metallische Materialien reflektieren das Licht stark, während nicht-metallische Materialien das Licht eher diffus streuen.

Für noch realistischere Ergebnisse lassen sich Texturen und Detailmaps verwenden. Texturen enthalten Farbinformationen, die die Oberflächenfarbe des Materials präzise definieren. So kann beispielsweise eine bestimmte Textur auf die Oberfläche gemapped werden. Detailmaps fügen zusätzliche Feinheiten zur Oberfläche hinzu, um die Textur noch komplexer und interessanter zu gestalten.

Bei der Verwendung von Texturen in HDRP ist es wichtig, die richtige Balance zwischen visueller Qualität und Performance zu finden. Dazu unterstützt die Render Pipeline verschiedene Kompressionsmethoden. So kann die Größe der Textur reduziert werden, ohne die visuelle Qualität signifikant zu vermindern.

PBR-Materialsystem mit Unity HDRP

Beleuchtungseffekte

Die Beleuchtung spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Echtzeit-Anwendungen. Und genau dafür bietet die Unity High-Definition Render Pipeline eine umfangreiche Palette an Beleuchtungstechniken. Es können realistische Beleuchtungseffekte erzeugt werden, die sich in Echtzeit auf 3D-Modelle und Szenen anwenden lassen.

Global Illumination (GI)

Ein zentraler Aspekt der Beleuchtung ist die Global Illumination (GI) oder auch globale Beleuchtung. Dabei wird die Lichtausbreitung in der gesamten Szene berechnet. Sie ermöglicht außerdem eine realistische Lichtverteilung, Reflexionen und eine indirekte Beleuchtung. In unserem Unity Lighting Tutorial findest du eine genaue Beschreibung dazu.

Hierfür werden verschiedene Algorithmen unterstützt. Diese findest du unter Window → Rendering → Lighting → Lightmapping Settings → Lightmapper.

  • Enlighten: Das ist eine bewährte GI-Lösung, die für Echtzeit-Anwendungen optimiert ist und präzise globale Beleuchtungseffekte bietet. Enlighten bietet für die meisten Szenen eine gute Balance zwischen Qualität und Leistung.
  • Progressive Lightmapper: Dieser Algorithmus verwendet die Bake-and-Iterate-Technik, um schrittweise eine hohe Qualität der globalen Beleuchtung zu erzielen. Progressive Lightmapper eignet sich besonders für statische Szenen, da er die Beleuchtung vorberechnet und iterative Verbesserungen vornimmt.
  • Ray Tracing: Mit der Unterstützung von Ray Tracing kann eine hochrealistische globale Beleuchtung erzielt werden. Es ermöglicht eine noch realistischere Darstellung von Reflexionen, Schatten und indirekter Beleuchtung.

Unity HDRP Lightmapper

Hinweis: Du möchtest Anwendungen mit der HDRP entwickeln? Im Unity HDRP Workshop zeige ich dir alles Nötige, um Anwendungen mit AAA-Grafik zu erstellen. Darin lernst du unter anderem:

  • Projekt-Setup und HDRP-Grundlagen in Unity
  • Materialien, Texturen und Beleuchtung für realistische Szenen
  • Post-Processing-Effekte anwenden, um visuelle Qualität zu verbessern
  • Praktische Übungen zur Anwendung des Gelernten in realen Projekten

Starte also jetzt mit dem Workshop, um die Unity HDRP richtig zu nutzen. Falls du noch kein Mitglied auf der Lernplattform bist, kannst du alle Inhalte ganz einfach hier testen.

Dynamische Lichtquellen und Echtzeit-Schatten

HDRP unterstützt dynamische Lichtquellen, die sich in Echtzeit bewegen und die Szene beleuchten können. Dazu gehören Spot Lights, Point Lights, Directional Lights und andere Lichtquellen. Eine ausführliche Beschreibung dieser Lichtquellen findet du in unserem Unity Lighting Tutorial.

Diese Lichtquellen sind zwar auch bei der URP verfügbar. Allerdings wird bei HDRP eine größere Anzahl an dynamischen Lichtquellen in Echtzeit unterstützt. Zudem erfolgt die Einstellung der Lichtquellen anhand physikalischer Eigenschaften wie der Lichttemperatur in Kelvin und der Lichtintensität in Lumen, Candela oder Lux.

Dynamische Lichtquellen ermöglichen ebenso die Erzeugung von dynamischen Schatten, die sich je nach Position und Bewegung der Lichtquelle in der Szene ändern. Durch die Kombination von dynamischen Lichtquellen mit Echtzeit-Schatten wirkt die Szene sehr realistisch.

Lichtquelle in Unity HDRP

Volumetrische Beleuchtung

Eine weitere Funktionalität ist die Unterstützung von volumetrischer Beleuchtung. Das ermöglicht die Darstellung von Lichtstrahlen, die in der Atmosphäre gestreut werden. Also wenn sie mit Partikeln, Nebel, Rauch oder anderen Volumenobjekten interagieren.

Dadurch können Effekte wie Lichtstrahlen (Godrays), volumetrischer Nebel und Lichtbrechungen in der Atmosphäre erzeugt werden. Godrays verleihen der Szene eine atmosphärische Wirkung und sind besonders effektiv in Szenen mit dynamischem Licht. So beispielsweise bei Sonnenlicht, das durch die Blätter eines Waldes dringt.

Volumetrischer Nebel ist eine weitere Anwendung der volumetrischen Beleuchtung. Dabei wird eine realistische Darstellung von Nebel erzeugt, der sich in einer Szene ausbreitet. Der Nebel wird durch Lichtstrahlen beleuchtet und ermöglicht so die Darstellung von Licht und Schatten in einer dichten Atmosphäre. Das ist auch in der folgenden Abbildung zu erkennen.

Volumetrische Beleuchtung ermöglicht auch die Darstellung von Lichtbrechungen. Das tritt auf, wenn Licht durch ein transparentes Volumenobjekt wie Wasser oder Glas hindurchgeht. Die Lichtstrahlen ändern ihre Richtung, wenn sie durch das Volumenobjekt gehen, und erzeugen so beeindruckende visuelle Effekte. Dies ist besonders nützlich für Szenen mit Gewässern, Glaskonstruktionen oder anderen transparenten Materialien.

Volumetrischer Nebel in Unity HDRP

Post-Processing und visuelle Effekte

Post-Processing ist ein wichtiger Schritt in der Render Pipeline, der es ermöglicht, das Aussehen einer Szene nach der eigentlichen Renderphase anzupassen. Durch den Einsatz von Post-Processing-Effekten kann das visuelle Erscheinungsbild der Szene verbessert werden. Dabei lassen sich spezielle Effekte hinzufügen.

In der Unity High-Definition Render Pipeline (HDRP) und der Universal Render Pipeline (URP) stehen eine Vielzahl von Post-Processing-Effekten zur Verfügung. Diese Effekte werden auf das gerenderte Bild angewendet, nachdem die Szene gerendert wurde. So wird ermöglicht, dass das endgültige Bild mit speziellen Filtern und anderen Manipulationen angepasst wird.

Die HDRP bietet erweiterte visuelle Effekte, die speziell für fotorealistische Grafiken und hochwertige Grafikdarstellungen entwickelt wurden. Einige der erweiterten visuellen Effekte sind:

  • Motion Blur (Bewegungsunschärfe): Dieser Effekt simuliert die Unschärfe, die entsteht, wenn sich Objekte oder die Kamera schnell bewegen. Das trägt dazu bei, Bewegungen in der Szene realistisch zu gestalten und verleiht dem Bild eine zusätzliche Dynamik.
  • Screen Space Reflections (SSR): Die Screen Space Reflections sind eine Methode zur Darstellung von Reflexionen, die sich in Echtzeit an den Oberflächen der Umgebung widerspiegeln. Das ermöglicht es, realistische Reflexionen auf glatten Oberflächen zu erzeugen.
  • Ambient Occlusion (Umgebungsverdeckung): Die Umgebungsverdeckung simuliert den Schatten, der in kleinen, engen Räumen entsteht. Dieser Effekt erzeugt eine realistische Schattierung und hebt die Details in der Szene hervor.

Obwohl Post-Processing-Effekte visuell ansprechende Ergebnisse erzielen, kann die Anwendung dieser Effekte die Performance beeinflussen. Es ist wichtig, die Performance zu testen und die Effekte angemessen einzusetzen. So lässt sich eine Balance zwischen visueller Qualität und Performance erreichen.

Erstellung und Konfiguration eines HDRP-Projektes

Die Erstellung und Konfiguration eines Unity-Projektes mit der High-Definition Render Pipeline ist der erste Schritt, um fotorealistische Grafiken und visuelle Effekte in Echtzeit zu erzielen. In diesem Abschnitt befassen wir uns mit Aspekten, die bei der Erstellung eines HDRP-Projektes zu beachten sind. Dazu zählt unter anderem die Erstellung eines neuen Projektes und auch die Konvertierung eines bestehenden Projektes.

Erstellung neues Projekt

Um ein neues Projekt mit der High-Definition Render Pipeline zu erstellen, kannst du folgende Schritt durchführen:

  1. Unity Hub starten: Um ein neues Projekt zu erstellen, kannst du das Unity Hub verwenden. Öffne Unity Hub, um das durchfzuühren. Falls du dich bereits in der Unity Engine befindet, wähle File → New Project .
  2. Neues Projekt: Wähle unter Core das Template 3D (HDRP) aus. Falls du das Template noch nicht verwendet hast, musst du es zunächst herunterladen.
  3. Projekteinstellungen: Wähle einen Namen für das Projekt und den Speicherort. Stelle sicher, dass die gewünschte Unity-Version ausgewählt ist.
  4. Projekt erstellen: Klicke auf Create Project, um das Projekt zu erstellen.

HDRP Template Unity Hub

Mit dieser einfachen Vorgehensweise wird ein neues Unity-Projekt erstellt, das von Anfang an die High-Definition Render Pipeline verwendet. Das Projekt ist nun bereit, um beeindruckende visuelle Effekte und realistische Grafiken zu erstellen.

Konvertierung eines bestehenden Projektes

Wenn du bereits ein Unity-Projekt besitzt und es auf die High-Definition Render Pipeline umrüsten möchtest, kannst du die folgenden Schritte befolgen:

  1. Package installieren: Öffne das bestehende Unity Projekt und navigiere zu Window → Package Manager. Installiere die neueste Version des High Definition RP Packages.
  2. Wizard: Dieses Fenster sollte sich im Anschluss automatisch öffnen. Falls nicht, findest du es unter Window → Rendering → HDRP Wizard. Damit ist eine einfache Konvertierung möglich. Du kannst auf Fix All klicken, um alle Einstellungen direkt anpassen zu lassen. Alternativ kannst du aber auch die einzelnen Einstellungen manuell vornehmen.
  3. Materialien konvertieren: Ganz unten im Wizard findest du eine Option Convert All Built-In Materials to HDRP. Damit lassen sich die Materialien entsprechend konvertieren.

HDRP Wizard

Nachdem diese Schritte abgeschlossen sind, sollte dein bestehendes Projekt die High-Definition Render Pipeline verwenden. Du kannst nun damit starten, die leistungsstarken visuellen Effekte und Grafiken zu nutzen.

Konfiguration von HDRP-Einstellungen

Die High-Definition Render Pipeline bietet eine Vielzahl von Einstellungen, die es ermöglichen, die Leistung und Qualität der Szene zu steuern. Hier sind einige Einstellungen, die du kennen solltest:

  1. Volumetrische Einstellungen: HDRP ermöglicht die Verwendung von volumetrischer Beleuchtung, Nebel und anderen volumetrischen Effekten. Du kannst die Dichte, Qualität und andere Parameter direkt im jeweiligen GameObject einstellen. Erstelle dazu ein neues GameObject im Menü unter Volume → Global Volume.
  2. Qualitätseinstellungen: Es gibt verschiedene Qualitätsstufen, die die Detailgenauigkeit und das Rendering für verschiedene Plattformen und Leistungsniveaus anpassen. Navigiere zu Edit → Project Settings → Quality. Dort kannst du die Qualitätseinstellungen basierend auf den Anforderungen deines Projekts anpassen.
  3. Schatten und Beleuchtung: HDRP bietet fortschrittliche Schatteneinstellungen, einschließlich harter und weicher Schatten sowie Ray Tracing-basierte Schattenoptionen. Du kannst die Schattenqualität anpassen, um realistische Schatten in der Szene zu erzeugen. Navigiere zu Window → Rendering → Lighting Settings, um die Einstellungen anzupassen.
  4. Post-Processing-Effekte: Hierbei lässt sich eine Vielzahl von Post-Processing-Effekten verwenden. Du kannst Bloom, Tonemapping, Depth of Field und viele weitere Effekte einstellen, um die Szene anzupassen und zu verbessern.

Durch das Experimentieren mit den verschiedenen Einstellungen besteht die Möglichkeit, das visuelle Erscheinungsbild der Szene anzupassen und die gewünschte Qualität und Leistung zu erzielen.

Beispielprojekt: Erstellung einer realistischen Szene mit HDRP

In diesem Artikel hast du sehr viele Grundlagen zur Anwendung der Unity HDRP kennengelernt. Damit kannst du bereits dein eigenes Projekt erstellen und einrichten. Oder aber auch ein bestehendes Projekt konvertierten. Um im nächsten Schritt deine eigenen Projekte zu entwickeln, gibt es auf der Lernplattform von nobreakpoints einen speziellen Workshop. Darin lernst du unter anderem:

  • Projekt-Setup und HDRP-Grundlagen in Unity
  • Materialien, Texturen und Beleuchtung für realistische Szenen
  • Post-Processing-Effekte anwenden, um visuelle Qualität zu verbessern
  • Praktische Übungen zur Anwendung des Gelernten in realen Projekten

Mit Hilfe dieses Workshops besitzt du alle nötigen Informationen, um deine Anwendungen mit der Unity HDRP zu entwickeln. Starte also jetzt mit dem Workshop, sodass du das auf einfache Art und Weise erreichen kannst.

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