UnityShader学习笔记 ---- 透明效果_unity shader 视距透明

在渲染模型时控制它的透明通道（Alpha Channel）。在Unity中，有两种方法来实现透明效果：

透明度测试（Alpha Test）
透明度混合（Alpha Blending）

对于不透明（opaque）物体，不考虑它们的渲染顺序也能得到正确的排序结果，这是由于强大的深度缓冲的存在（depth buffer，也被称为z-buffer）。如果要渲染的片元，深度值和深度缓冲的比较，距离摄像机更远，就不应该渲染在屏幕上（有物体遮挡住了）。

透明度测试： “霸道极端”，只要一个片元的透明度不满足条件（通常是小于某个阈值），就舍弃。不需要关闭深度写入（ZWrite），要么完全透明看不见，要么完全不透明像不透明物体。
透明度混合： 可以得到真正的半透明效果，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，得到新的颜色值。需要关闭深度写入，不用关闭深度测试，需要非常小心物体的渲染顺序。（没有写入深度，如何进行深度测试，判断这个透明物体是在不透明物体前面还是后面？）

UnityShader的渲染顺序

使用透明度测试的代码类似这样：

SubShader{
    Tags{"Queue"="AlphaTest"}
    Pass{
        ...
    }
}
1
2
3
4
5
6

使用透明度混合的代码类似这样：

SubShader{
    Tags{"Queue"="Transparent"}
    Pass{
        ZWrite Off
        ...
    }
}
1
2
3
4
5
6
7

透明度测试

在片元着色器中使用clip函数进行透明度测试，原理：

void clip(float4 x){
    if(any(x<0)) discard;
}
1
2
3

Shader中使用

   // Alpha test
   clip(texColor.a-_Cutoff
   // Equal to
  // if((texColor.a-_Cutoff)<0.0){discard;}
1
2
3
4

透明度混合

Blend SrcFactor DstFactor 来进行混合，使用Blend命令的时候，Unity就打开了混合模式。经过混合后的新颜色是：

开启深度写入的半透明效果

为了解决由于关闭深度写入而造成的错误排序的情况，可以使用两个Pass来渲染模型：

第一个Pass开启深度写入，但不输出颜色，仅把该模型的深度值写入深度缓冲
第二个Pass进行正常的透明度混合，因为有了深度信息，就可以按照像素级别的深度排序结果进行渲染
损失了一定的性能，实现模型与后面背景的混合，但模型内部没有真正的半透明效果。
开启深度写入的Pass，只需要在原来使用的Pass前面增加一个新的Pass。

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

// Extra pass that renders to depth buffer only
Pass{
    ZWrite On
    ColorMask 0 // 该Pass不写入任何颜色通道，即不输出任何颜色
}

Pass{
    // ...透明度混合
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

ShaderLab的混合命令

混合还有很多其他用处，不仅仅用于透明度混合。

混合的实现：源颜色（source color）和目标颜色（destination color）。

源颜色S：由片元着色器产生的颜色
目标颜色D：从颜色缓冲中读取到的颜色值
输出颜色O：混合后的颜色，重新写入颜色缓冲

混合等式和参数

混合等式（blend equation）：已知S和D，得到O的等式。

混合是一个逐片元的操作，不可编程，但高度可配置。可以设置混合时使用的运算操作、混合因子，需要两个等式分别用于RGB和A。

第一个命令使用同样的因子来混合RGB通道和A通道。使用这些因子进行加法混合时使用的混合等式：

ShaderLab支持的混合因子如下：

使用不同参数混合A通道的命令如下：

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha, One Zero
1

混合操作

以上的混合等式默认是使用加法，使用ShaderLab的混合操作命令BlendOp BlendOperation，可以进行更改：

常见的混合类型

// 正常（Normal），即透明度混合
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

// 柔和相加（Soft Additive）
Blend OneMinusDstColor One

// 正片叠底（Multiply），即相乘
Blend DstColor Zero

// 两倍相乘（2x Multiply）
Blend DstColor SrcColor

// 变暗（Darken）
BlendOp Min
Blend One One

// 变亮（Lighten）
BlendOp Max
Blend One One

// 滤色（Screen）
Blend OneMinusDstColor One
// 等同于
Blend One OneMinusSrcColor

// 线性减淡（Linear Dodge）
Blend One One
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

上混合模式的公式，S源颜色、D颜色缓冲中的颜色（认为是后面物体的颜色吧）、O输出：
正常：O=SxSa+Dx(1-Sa)
柔和相加：O=Sx(1-Drgba)+D
正片叠底：O=SxDrgba=(SrxDr,SgxDg,SbxDb,SaxDa)
两倍相乘：O=SxDrgba+DxSrgba=(SrxDr+DrxSr,SgxDg+DgxSg,SbxDb+DbxSb,SaxDa+DaxSa)=2(SrxDr,SgxDg,SbxDb,SaxDa)
变暗：O=Min(S,D)
变亮：O=Max(S,D)
滤色：O=Sx(1-Drgba)+D，同柔和相加？
线性减淡：O=S+D

双面渲染的透明效果

之前无论是透明度测试还是透明度混合，都无法观测到正方体内部和背面的形状。这是因为默认下渲染引擎剔除了物体背面（相对于相机的方向），只渲染了正面。可以使用Cull指令来控制需要剔除哪个面，语法如下：

Cull Back|Front|Off
1

Back 背对摄像机的渲染图元不会被渲染（默认情况下的剔除状态）
Front 朝向摄像机的渲染图元不会被渲染
Off 关闭剔除功能 所有渲染图元都会被渲染

透明度测试的双面渲染

在Pass的渲染设置中使用Cull指令来关闭剔除：

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

    // Turn off culling
    Cull Off

    CGPROGRAM
    ...
1
2
3
4
5
6
7
8

透明度混合的双面渲染

因为透明度混合需要关闭深度写入，所以不能直接关闭剔除功能，这样无法保证同一物体的正面和背面图元的渲染顺序。

为此我们把双面渲染的工作分成两个Pass——第一个Pass只渲染背面，第二个Pass只渲染正面。

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

    // First pass renders only back faces
    Cull Front
    ...
}

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

    // Second pass renders only front faces
    Cull Back
    ...
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15