Unity Shader学习记录(13) —— 透明度混合的实现和 & 混合命令 & 双面渲染_shader透明混合

作者：Monodyee | 2024-02-16 21:20:41

踩

shader透明混合

透明度混合的实现要比透明度测试复杂一些，这是因为我们在处理透明度测试时，实际上跟对待普通的不透明物体几乎是一样的，只是在片元着色器中增加了对透明度判断并裁剪片元的代码。而想要实现透明度混合就没有这么简单了。

透明度混合:这种方法可以得到真正的半透明效果。它会使用当前片元的透明度作为混合因子，与已经存储在颜色缓冲中的颜色值进行混合，得到新的颜色。但是，透明度混合需要关闭深度写入，这使得我们要非常小心物体的渲染顺序。
在这里插入图片描述
在本节里，我们会使用第二种语义，即Blend SrcFactor DstFactor 来进行混合。需要注意的是这个命令在设置混合因子的同时也开启了混合模式。这是因为，只有开启了混合之后，设置片元的透明通道才有意义，而Unity 在我们使用 Bend 命令的时候就自动帮我们打开了。很多初学者总是抱怨为什么自己的模型没有任何透明效果,这往往是因为他们没有在Pass 中使用 Blend命令，一方面是没有设置混合因子，但更重要的是，根本没有打开混合模式。我们会把源颜色的混合因子SrcFactor设为SrcAlpha,而目标颜色的混合因子DstFactor 设为OneMinusSrcAlpha。这意味着经过混合后新的颜色是:一
在这里插入图片描述

Shader "MyShader/8-AlphaBlend"
{
    Properties
    {
        _Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
	    _MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
        //透明度测试条件
        _AlphaScale("Alpha Scale", Range(0,1) ) = 1
    }

    
    SubShader
    {
        //渲染队列透明度测试 
        //渲染队列名，投影器影响，渲染模式
        Tags {"Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="TransparentCutout"}

        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
            // 深度写入设置未关闭状态
            Zwrite Off
            //设置目标颜色的混合因子   打开透明混合   
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"

            fixed4 _Color;
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed _AlphaScale;

            struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};

            struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPos : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};

            v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				
				return o;
			}

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                //归一化向量
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
				
				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
			
				fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;
				//片元环境光
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//设置透明通道       通道颜色为透明混合因子*纹理贴图颜色
				return fixed4(ambient + diffuse, texColor.a * _AlphaScale);
			}
			
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Transparent/Cutout/VertexLit"
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81

开启深度写入的半透明效果

以上为不开启深度写入的结果
在这里插入图片描述
一种方法是使用两个 Pass来渲染模型:第一个 Pass 开启深度写入，但不输出颜色，它的目的仅仅是为了把该模型的深度值写入深度缓冲中; 第二个Pass进行正常的透明度混合，由于上一个Pass已经得到了逐像素的正确的深度信息，该Pass就可以按照像素级别的深度排序结果进行透明渲染。但这种实现方法模型内部重叠部分不会实现透明混合，同时多写一个Pass会造成性能降低。

Shader "MyShader/8-AlphaBlendzWrite"
{
   Properties
    {
        _Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
	    _MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
        //透明度测试条件
        _AlphaScale("Alpha Scale", Range(0,1) ) = 1
    }

    
    SubShader
    {
        //渲染队列透明度测试 
        //渲染队列名，投影器影响，渲染模式
        Tags {"Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="TransparentCutout"}
        
        Pass{
            //把模型的深度信息写入深度缓冲中
            ZWrite On
            //ColorMask用于设置颜色通道的掩码
            // 当ColorMask设为0时，意味着该Pass不写入任何颜色通道，即不会输出任何颜色
            ColorMask 0
        }

        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
            // 深度写入设置未关闭状态
            Zwrite Off
            //设置目标颜色的混合因子   打开透明混合   
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"

            fixed4 _Color;
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed _AlphaScale;

            struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};

            struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPos : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};

            v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				
				return o;
			}

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                //归一化向量
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
				
				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
			
				fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;
				//片元环境光
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//设置透明通道       通道颜色为透明混合因子*纹理贴图颜色
				return fixed4(ambient + diffuse, texColor.a * _AlphaScale);
			}
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Transparent/Cutout/VertexLit"
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89

Shaderlab的混合命令

我们首先来看一下混合是如何实现的。当片元着色器产生一个颜色的时候，可以选择与颜色缓存中的颜色进行混合。这样一来，混合就和两个操作数有关:源颜色(source color)和目标颜色(destination color)。源颜色，我们用S表示，指的是由片元着色器产生的颜色值;目标颜色,我们用D表示，指的是从颜色缓冲中读取到的颜色值。对它们进行混合后得到的输出颜色，我们用O表示，它会重新写入到颜色缓冲中。需要注意的是，当我们谈及混合中的源颜色、目标颜色和输出颜色时，它们都包含了RGBA四个通道的值，而并非仅仅是RGB通道。

在2.3.8节中我们提到过，混合是一个逐片元的操作，而且它不是可编程的，但却是高度可配置的。也就是说，我们可以设置混合时使用的运算操作、混合因子等来影响混合。那么，这些配引又是如何实现的呢?

现在，我们已知两个操作数:源颜色S和目标颜色D，想要得到输出颜色O就必须使用一个等式来计算。我们把这个等式称为混合等式(blend equation)。当进行混合时，我们需要使用两个混合等式:一个用于混合 RGB 通道，一个用于混合A 通道。
当设置合状态时，我们实际上设置的就是混合等式中的操作和因子。在默认情况下，混合等式使用的操作都是加操作(我们也可以使用其他操作)，我们只需要再设置一下混合因子即可。
由于需要两个等式(分别用于混合RGB通道和A通道)每个等式有两个因子(一个用于和源颜色相乘，一个用于和目标颜色相乘).因此一共需要4个因子。表83给出了ShaderLab中设置混合因子的命令。
在这里插入图片描述

在上面涉及的混合等式中，当把源颜色和目标颜色与它们对应的混合因子相乘后，我们都是把它们的结果加起来作为输出颜色的。那么可不可以选择不使用加法，而使用减法呢?答案是定的，我们可以使用ShaderLab的 BlendOp BlendOperation 命令，即混合操作命令。表8.5给了ShaderLab中支持的混合操作。
在这里插入图片描述
混合操作命令通常是与混合因子命令一起工作的。但需要注意的是，当使用 Min 或 Max混合操作时，混合因子实际上是不起任何作用的，它们仅会判断原始的源颜色和目的颜色之间的比较结果。

在这里插入图片描述

双面渲染

在现实生活中，如果一个物体是透明的，意味着我们不仅可以透过它看到其他物体的样子，也可以看到它内部的结构。但在前面实现的透明效果中，无论是透明度测试还是透明度混合，我们都无法观察到正方体内部及其背面的形状，导致物体看起来就好像只有半个一样。这是因为，默认情况下渲染引擎剔除了物体背面(相对于摄像机的方向) 的染图元，而只染了物体的正面。如果我们想要得到双面渲染的效果，可以使用 Cull 指来控制需要剔除哪个面的渲染图元在Unity中，Cull指令的语法如下:
Cull Back | Front lOff

如果设置为 Back，那么那些背对着摄像机的渲染图元就不会被渲染，这也是默认情况下的剔除状态;如果设置为 Front，那么那些朝向摄像机的渲染图元就不会被染;如果设置为 Off，就会关闭剔除功能，那么所有的渲染图元都会被渲染，但由于这时需要渲染的图元数目会成倍增加.因此除非是用于特殊效果，例如这里的双面渲染的透明效果，通常情况是不会关闭剔除功能的。
深度测试
在这里插入图片描述

和透明度测试相比，想要让透明度混合实现双面渲染会更复杂一些，这是因为透明度混合需要关闭深度写入，而这是“一切混乱的开端”。我们知道，想要得到正确的透明效果，渲染顺序是非常重要的一一我们想要保证图元是从后往前渲染的。对于透明度测试来说，由于我们没有关闭深度写入，因此可以利用深度缓冲按逐像素的粒度进行深度排序，从而保证渲染的正确性。然而一旦关闭了深度写入，我们就需要小心地控制渲染顺序来得到正确的深度关系。如果我们仍然采用8.7.1 节中的方法，直接关闭别除功能，那么我们就无法保证同一个物体的正面和背面图元的渲染顺序，就有可能得到错误的半透明效果。为此，我们选择把双面渲染的工作分成两个 Pass-一第一个 Pass 只染背面，第二个 Pass只渲染正面，由于Unity 会顺序执行 SubShader 中的各个Pass，因此我们可以保证背面总是在正面被渲染之前渲染，从而可以保证正确的深度渲染关系。
在这里插入图片描述

Shader "MyShader/8-AlphaBlend"
{
    Properties
    {
        _Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
	    _MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
        //透明度测试条件
        _AlphaScale("Alpha Scale", Range(0,1) ) = 1
    }

    
    SubShader
    {
        //渲染队列透明度测试 
        //渲染队列名，投影器影响，渲染模式
        Tags {"Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="TransparentCutout"}
		//pass会依次渲染，所以先渲染背面，再渲染正面
        Pass{
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
            //剔除表面
            Cull Front
             // 深度写入设置未关闭状态
            Zwrite Off
            //设置目标颜色的混合因子   打开透明混合   
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"

            fixed4 _Color;
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed _AlphaScale;


            struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};

            struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPos : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};

            v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				
				return o;
			}

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                //归一化向量
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
				
				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
			
				fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;
				//片元环境光
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//设置透明通道       通道颜色为透明混合因子*纹理贴图颜色
				return fixed4(ambient + diffuse, texColor.a * _AlphaScale);
			}

            ENDCG
        }

        Pass
        {
            Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
            //剔除背部
            Cull Back
            // 深度写入设置未关闭状态
            Zwrite Off
            //设置目标颜色的混合因子   打开透明混合   
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Lighting.cginc"

            fixed4 _Color;
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			fixed _AlphaScale;


            struct a2v {
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 texcoord : TEXCOORD0;
			};

            struct v2f {
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float3 worldPos : TEXCOORD1;
				float2 uv : TEXCOORD2;
			};

            v2f vert(a2v v) {
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				
				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
				
				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
				
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				
				return o;
			}

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                //归一化向量
				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
				fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
				
				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
			
				fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;
				//片元环境光
				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
				//漫反射光
				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
				//设置透明通道       通道颜色为透明混合因子*纹理贴图颜色
				return fixed4(ambient + diffuse, texColor.a * _AlphaScale);
			}
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Transparent/Cutout/VertexLit"
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148

在这里插入图片描述

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/Monodyee/article/detail/96775