Unity Shader 学习笔记（11） 渲染队列、透明效果

Unity Shader 学习笔记（11） 渲染队列、透明效果

参考书籍：《Unity Shader 入门精要》

【浅墨Unity3D Shader编程】之四 热带雨林篇: 剔除、深度测试、Alpha测试以及基本雾效合辑

3D数学 学习笔记（10） 背面剔除（Clipping）、裁切（Backface Culling）、光栅化（Rasterzation）

官网API：ShaderLab: SubShader Tags

透明测试所在步骤：

渲染队列（render queue）

用SubShader的Queue标签来觉得模型归于那个渲染队列。索引号越小，越早被渲染。

半透明物体的渲染顺序

常用顺序：

1. 先渲染所有不透明物体，开启深度测试和深度写入。

2. 半透明物体按离摄像机距离远近排序，从后往前渲染，开启深度测试，关闭深度写入。

部分相互重叠的物体不适用，解决方法是分割网格。

A为半透明，B为不透明

正确：先渲染B，后渲染A。

错误：先渲染A，后渲染B。A不写入深度缓冲，B发现深度缓冲没有东西，就会直接覆盖A的颜色。

A和B都为半透明

正确：先渲染B，后渲染A。

错误：先渲染A，后渲染B。A先写入颜色缓冲，B再和A混合，结果相反，使B看起来在A前面。

透明度测试

把一个片元透明度不满足条件（小于某个阈值）的舍弃掉，否则进行深度测试、深度写入等。CG中用

clip(float x)

函数进行透明度测试，如果给定任一分量为负，则舍弃当前像素的输出颜色。等价下面代码：

void clip(float4 x)
{
if (any(x < 0))
disacard;
}

Shader "Custom/AlphaTest" {
Properties {
...
_Cutoff ("Alpha Cutoff", Range(0,1)) = 0.5          // 透明测试阈值
}
SubShader {
// 渲染队列：透明测试；不受投影器影响；指名这个Shader提前归入TransparentCutout组（指明Shader使用了透明测试）。
Tags { "Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="TransparentCutout" }

Pass {
...

fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET {
...

fixed4 texColor = tex2D(_MainTex,i.uv);

// 透明测试（小于阈值就discard，丢掉片元，类似直接return）。等价下面的判断。
clip(texColor.a - _Cutoff);
//if ((texColor.a - _Cutoff) < 0.0) { discard; }

...
// 计算光照等。
}
...
}
}
// 保证使用透明度测试的物体可以正确地向其他物体投射阴影。
FallBack "Transparent/Cutout/VertexLit"
}

透明度混合

将当前片元的透明度与已在颜色缓冲中的颜色值进行混合。需要关闭深度写入（不影响在其背后的物体），但不关闭深度测试（在不透明物体后面时，同样会被去掉）。

Unity提供混合命令：Blend，自动打开混合模式，源颜色的混合因子SrcFactor设为SrcAlpha，目标颜色的混合因子DstFactor设为OneMinusSrcAlpha（1 - SrcAlpha），混合后的颜色：

DstColornew = SrcAlpha × SrcColor + ( 1 - SrcAlpha ) × DstColorold

Properties {
...
_AlphaScale ("Alpha Scale", Range(0,1)) = 1     // 整体透明度
}

SubShader {
// RenderType选择Transparent用来指名这个Shader使用了透明度混合。
Tags { "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" }

Pass {
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }

ZWrite Off                          // 关闭深度写入
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha     // 开启混合模式。SrcAlpha：源颜色混合因子，OneMinusSrcAlpha：已存在颜色混合因子

...

fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET {
...
//clip(texColor.a - _Cutoff);                   // 没有使用透明测试。
...
// 透明通道乘于材质参数，即最后颜色乘于透明度
return fixed4(ambient + diffuse,texColor.a * _AlphaScale);
}
...
}
}

开启深度写入的半透明效果

只使用透明度混合 和 开启深度写入与透明度混合对比：



使用两个Pass：

1. 开启深度写入，但不输出颜色。

2. 进行正常的透明度混合，按照像素级别的深度顺序进行透明渲染。

在透明度混合的代码中添加一个Pass即可。

ColorMask

用于射着颜色通道的写掩码（write mask），可以是RGBA或其他组合，0为不输出任何颜色。

// 新加一个Pass块，先把深度信息写入深度缓冲，剔除掉了被自身遮挡的片元。
Pass {
ZWrite On
ColorMask 0         // 颜色通道掩码。为0：不写入任何颜色通道，不输出任何颜色。
}

// 下一个Pass和上面的透明度混合代码相同
Pass {
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }

ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
...
}

双面渲染的透明效果

直接透明混合物体 和 双面渲染的透明物体对比：



使用两个Pass：

1. 第一个Pass只渲染背面。

2. 第二个Pass只渲染正面。

SubShader {
Tags { "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" }

Pass {
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }

Cull Front      // 剔除正面（只渲染背面）

// 透明混合代码一样
}

Pass {
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }

Cull Back       // 剔除背面

// 同上一个Pass
}
}

常见混合类型

类似Photoshop的混合模式。