《Unity Shader入门精要》自学笔记（五）第八章 透明效果

官方API：ShaderLab: Blending

这一章的内容巨多啊，信息量比五六七章加起来还多

不过整清楚渲染顺序、深度测试、深度写入、透明度测试、透明度混合，以及它们对渲染的影响，这一章理起来也就顺了

杂七杂八但是很重要的知识点

深度缓冲区Z-Buffer
存储屏幕上的每个像素当前的深度值，值越大，离屏幕越远

深度测试
将当前片元的深度值与深度缓冲区中的深度值比较，若比深度缓冲区中的值大，则说明这个片元会被之前渲染过的片元挡住，没有必要再继续渲染了，所以会被丢弃（当然也可以手工设置远被舍弃，还是近被舍弃，还是一些其他的判断标准）

深度写入ZWrite
当一个片元通过了深度测试，并且pass开启了深度写入，这个片元的深度值就会覆盖深度缓冲区中的深度值；否则不会对深度缓冲区做修改

颜色缓冲区和颜色写入

通过了各种测试的片元会将自己的颜色存入颜色缓冲区（前提是开启了颜色写入）。当有新的片元通过了重重测试，会根据渲染模式来决定，是直接用新片元的颜色覆盖颜色缓冲区，还是将新老颜色根据透明度做一个混合

透明度测试和透明度混合

透明度测试
没通过透明度测试，片元也会被直接丢弃。但和深度测试不一样的是，它没有缓冲区，只是将片元的透明度和一个设定的值相比较，是否满足一个设定的条件（< > = ≥ ≤ 等），不满足直接丢弃

也就是“要么看得见要么看不见”的简单粗暴效果，还会因为浮点数精度问题有明显的锯齿

一般会使用Clip()函数：给定参数的任意一个分量是负数，都会舍弃该片元

透明度混合
简单来讲，它要做的就是上面提到的“颜色缓冲区新老颜色按照透明度进行混合”，这个才是比较像真正的透明效果

 

渲染顺序、关闭深度写入后的一系列填坑操作

渲染顺序
就是渲染不同类型物体的顺序：背景、不透明物体、透明物体等
unity中准备了5个队列，为SubShader提供了Queue标签：

开启深度写入的情况下，完全不用关心渲染顺序，因为每个片元的覆盖与否都会经过比较得出结果
但是为了获得透明效果，需要在渲染透明物体时关闭深度写入，这个时候就体现了渲染顺序的重要：
如果透明物体A和不透明物体B一前一后，先渲染了透明物体A，B来的时候A并没有把深度值写入，所以B按照流程理所应当的把自己的颜色整个填进了颜色缓冲区，覆盖了A的颜色，并且没有执行透明度混合
如果先渲染了不透明的B，再渲染透明的A的话，A发现自己没被遮挡后，会执行透明度混合，达到透明的效果

谁让不透明物体的shader就是不会管这么多呢，关闭深度写入和透明度混合只写在透明物体自己的shader里呀，那只能你殿后了鸭

那…

为啥要关闭深度写入
首先，深度写入被关闭的是透明物体
因为我们是可以看到透明物体背后的其他物体的，也就是说我们不能直接丢弃深度值大于透明物体的物体
一旦开启了深度写入，深度检测就会丢弃透明物体后面的物体
因此只好关闭深度写入了，虽然带来了一系列的麻烦

开启深度写入的透明效果

一些情况下就算安排好了渲染顺序，还是会有意外发生

因为渲染顺序是针对每一个模型的，而每一个模型可以是各种形状，就导致了模型之间的前后顺序并不绝对

而对于一些本身就比较复杂的模型，自己一个人也可以玩出这种错乱效果

这时可以将物体切分成多个网格，但是还是无法完全避免穿帮，因为它依然不是针对每一个像素进行深度测试

或者，干脆在不影响透明度混合的前提下把可爱的深度写入安回来：

现在的shader是这样的

SubShader
{
    
    
	Tags{
    
    "Queue" = "Transparent", "IgnoreProjector" = "True", "RenderType" = "Transparent"}
	Pass
	{
    
    
		Tags{
    
    "LightMode" = "ForwardBase"}
		ZWrite Off
		Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
		
		// ...
	}
}

嗯？ZWrite off和Blend命令写在了Pass里，那再写一个ZWrite On的命令在另一个Pass里不就好了嘛！先做个深度测试，再上色！（代价是需要多渲染一遍，因为增加了一个pass）

SubShader
{
    
    
	Tags{
    
    "Queue" = "Transparent", "IgnoreProjector" = "True", "RenderType" = "Transparent"}
	Pass
	{
    
    
		ZWrite On
		ColorMask 0
	}
	Pass
	{
    
    
		Tags{
    
    "LightMode" = "ForwardBase"}
		ZWrite Off
		Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
		
		// ...
	}
}

效果：
不会错乱了，但是细节也少了：

自己被自己遮挡的部分完全看不见了，只能看见下面的不透明平面

被另一个透明物体遮挡的部分也看不见了，只能看见下面的不透明平面

这些都是因为被遮挡的片元被深度测试卡掉了

双面渲染的透明效果 —— Cull命令

上面的透明效果都是只能看到正面，物体内部和背面的情况完全看不到，是因为引擎自动剔除了物体背面（相对于摄像机的方向）的渲染图元

想要双面效果，就要渲染出背面的图元，unity中要用到Cull指令：

Cull Back | Front | Off

分别代表剔除背面（默认情况）、前面、关闭剔除

对于双面的透明度测试，只要在Pass内关闭剔除就可以了

但是对于双面的透明度混合，就要考虑到渲染顺序，谁让万恶之源是ZWrite Off呢…

由于Pass是按顺序执行的，所以可以将背面和正面的渲染分开到先后两个Pass中，使用Cull Front和Cull Back分别渲染

不过这样物体之间的顺序还是乱的，因为没有了深度写入

混合类型：混合因子、混合命令

应该会有很多高级玩法待开发呢

混合因子就是混合命令中的SrcFactor和DstFactor，分别代表源颜色（该片元的颜色）的混合因子和目标颜色（颜色缓冲区中的颜色）的混合因子
表格第三行的命令写成式子就是：
$O_{rgb}$ = $SrcFactor$ * $S_{rgb}$ + $DstFactor$ * $D_{rgb}$
$O_a$ = $SrcFactorA$ * $S_a$ + $DstFactorA$ * $D_a$
表格第二行的命令中SrcFactorA就是SrcFactor，DstFactorA就是DstFactor

混合因子SrcFactor、DstFactor可以是什么呢

emm其实就是按照目标值&源值、rgb值&alpha值、原值&1-原值、0&1啦…

混合操作BlendOp Operation都有啥？
BlendOp Add就是默认的混合操作，需要改变的话要在指定混合因子前添加BlendOp命令

可以看出Min和Max只与源颜色和目标颜色的rgba值相关，所以在用他们的时候混合因子可以直接指定为One或者Zero

未列出的DirectX混合操作见官方API：ShaderLab: Blending

混合类型有哪些呢？
书中和工程文件中提供了一些常见的类型

再分开看看

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

$$\begin{array}{r}{O}_{rgb}=SrcAlpha\ast S_{rgb}+(1-SrcAlpha)\ast D_{rgb}\\ O_a=SrcAlpha\ast S_a+(1-SrcAlpha)\ast D_a\end{array}$$

Blend OneMinusDstColor One

$$\begin{array}{r}{O}_{rgb}=(1-DstColor)\ast S_{rgb}+D_{rgb}\\ O_a=(1-DstColor)\ast S_a+D_a\end{array}$$

Blend DstColor Zero

$$\begin{array}{r}{O}_{rgb}=DstColor\ast S_{rgb}\\ O_a=DstColor\ast S_a\end{array}$$

Blend DstColor SrcColor

$$\begin{array}{r}{O}_{rgb}=DstColor\ast S_{rgb}+SrcColor\ast D_{rgb}\\ O_a=DstColor\ast S_a+SrcColor\ast D_a\end{array}$$

BlendOp Min Blend One One

$$\begin{array}{r}O=(min(S_r,D_r),min(S_g,D_g),min(S_b,D_b),min(S_a,D_a))\end{array}$$

BlendOp Max Blend One One

$$\begin{array}{r}O=(max(S_r,D_r),max(S_g,D_g),max(S_b,D_b),max(S_a,D_a))\end{array}$$

Blend OneMinusDstColor One (Blend One OneMinusSrcColor)

$$\begin{array}{r}{O}_{rgb}=(1-DstColor)\ast S_{rgb}+D_{rgb}\\ O_a=(1-DstColor)\ast S_a+D_a\end{array}$$

Blend One One

$$\begin{array}{r}{O}_{rgb}=S_{rgb}+D_{rgb}\\ O_a=S_a+D_a\end{array}$$

总结
感觉自己的笔记记得越来越乱了…果然知识多了就要勤记着点…
透明度混合这里有很多可以做实验的地方，各种混合操作的效果还不是特别有印象，抽空要多玩玩这里，回来补一下笔记

这一章终于开始更多的接触到tags啦，以及多个pass相互协助的使用，也让shader变得有趣起来了，后面的学习一定也会更有意思的吼吼吼！
也算是终于好好的理解一把ps的图层类型哈哈哈