Unity Shader中的 ZTest & ZWrite

Part1 理论部分

ZTest：深度测试，开启后测试结果决定片元是否被舍弃，可配置
ZWrite：深度写入，开启后决定片元的深度值是否写入深度缓冲，可配置

ZTest可设置的测试规则：

ZTest Less：深度小于当前缓存则通过
ZTest Greater：深度大于当前缓存则通过
ZTest LEqual：深度小于等于当前缓存则通过
ZTest GEqual：深度大于等于当前缓存则通过
ZTest Equal：深度等于当前缓存则通过
ZTest NotEqual：深度不等于当前缓存则通过
ZTest Always：不论如何都通过

注意，ZTest Off等同于ZTest Always，关闭深度测试等于完全通过。

ZWrite配置：
ZWrite On 深度写入开启 ZWrite Off 深度写入关闭

ZTest和ZWrite发生在逐片元操作过程，处于片元着色后，最终屏幕输出前。ZTest与ZWrite的具体操作流程：

图片来自《UnityShader 入门精要——冯乐乐》
从流程图中可以看出：

在开启ZTest下，没有通过测试的片元部分是直接被舍弃，通过测试的片元被保留下来
在关闭ZTest下，不存在片元被舍弃的情况，也就是说，关闭深度测试，整个片元是被保留下来的
在ZWrite开启状态下，只有保留下来片元深度值才能被写入深度缓冲

即：
1.深度测试通过，深度写入开启：写入深度缓冲区，写入颜色缓冲区
2.深度测试通过，深度写入关闭：不写深度缓冲区，写入颜色缓冲区
3.深度测试失败，深度写入开启：不写深度缓冲区，不写颜色缓冲区
4.深度测试失败，深度写入关闭：不写深度缓冲区，不写颜色缓冲区

part2 实践部分

场景中放置3个Cube，这里为了测试方便采用了自定义的shader，使用统一的渲染队列，关于渲染队列可以参考这里
自定义shader为一个简单的颜色输出：

Shader "S01_Origin"
{
Properties
{
    _MainColor ("MainColor", color) =(0.5,0.5,0.5,1)
}
SubShader
{
    Tags{ "Queue" = "Geometry" }
    Pass
    {
    CGPROGRAM
    #pragma vertex vert
    #pragma fragment frag       
    #include "UnityCG.cginc"

    fixed4 _MainColor;

    struct a2v
    {
    float4 vertex : POSITION;
    };

    struct v2f
    {
    float4 pos : SV_POSITION;
    };

    v2f vert(a2v v)
    {
    v2f o;
    o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    return o;
    }

    fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
    {
    return _MainColor;
    }
    ENDCG
    }
}
}

指定的渲染队列 "Queue"="Geometry" 不透明物体的默认队列，目前场景中的Cube均使用该shader的材质，只是更改一下颜色

3个Cube左侧为Cube,距离摄像机最近，中间为Cube(1),右侧为Cube(2)，距离摄像机最远，通过Frame Debug窗口查看这三个Cube的渲染顺序为：

先渲染Cube,然后Cube(1),最后Cube(2) ,因此是距离摄像机最近（深度值小）及远进行渲染。

现在将中间Cube更换材质所对应的Shader：

Shader "S01_ZTestZWrite"
{
Properties
{
    _ColorOut("ColorOut",color) = (0,0,1,0.5)
    _ColorIn("CoorIn",color) = (0,1,0,0.5)
}
SubShader
{
    Tags{ "Queue" = "Geometry" }
    Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag       
            #include "UnityCG.cginc"

            fixed4 _ColorIn;

            struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };

            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
            };

            v2f vert(a2v v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                return _ColorIn;
            }
                ENDCG
        }
    }
}

1.开启ZTest(LEqual),开启ZWrite 默认状态

Cube,Cube(1),Cube(2)依次遮挡

2.开启ZTest(LEqual),关闭ZWrite

渲染顺序是Cube,Cube(1),Cube(2)
由于Cube(1)开启了深度测试，在Cube渲染完成后，被Cube遮挡的地方没有通过深度测试，因此没有显示，在渲染Cube(2)时，由于Cube(1)关闭了深度写入，因此即使被Cube(1)挡住的部分，Cube(2)仍然会通过深度测试，并显示出来

3.关闭Ztest，开启Zwrite
渲染顺序是Cube,Cube(1),Cube(2)
由于Cube(1)关闭深度测试，因此Cube(1)不存在片面被舍弃的情况，所以全部保留，同时开启深度写入，因此在渲染Cube(2)时，Cube(2)在进行深度测试时就舍弃掉被Cube(1)遮挡的地方

4.关闭Ztest,关闭ZWrite
渲染顺序是Cube,Cube(1),Cube(2)
由于Cube(1)关闭深度测试，因此Cube(1)不存在片面被舍弃的情况，所以全部保留，同时关闭深度写入，因此在渲染Cube(2)时，Cube(2)在进行深度测试时，即使被Cube(1)挡住的部分，Cube(2)仍然会通过深度测试，并显示出来

对于上述四种情况，如果能够理解，在改变Cube(1)的渲染队列的情况下产生的结果同样也能知道为什么，主要关心下深度缓存中的值是什么，例如改变Cube(1)的 "Queue"="Transparent" ，即在Cube和Cube(2)渲染完成后再进行渲染

5.Queue=Transparent / 关闭ZTest 关闭ZWrite

可以看到与第4种情况相比，Cube(1)即使关闭了深度写入，Cube(2)也被Cube(1)遮挡的部分也没有显示出来，这是由于Cube(1)的渲染队列在Cube(2)之后，这个时候Cube(1)的ZWrite开启和关闭的效果是一样的

对于默认情况下，即开启Ztest(LEqual),开启Zwrite情况下，更改Ztest的测试规则：

6.ZTest Greater 开启ZWrite

渲染顺序是Cube,Cube(1),Cube(2)
由于Cube(1)的深度测试规则是大于当前深度缓存中的值的片元保留下来，否则舍弃该片元，因此Cube(1)中被Cube遮挡部分深度值是大于做深度测试时深度缓存中的值，因此该片元被保留下来

如果此时想要Cube(1)的没有被遮挡的部分也显示，则需要在原有的shader中再增加一个Pass，设置第二个Pass的Ztest为LEqual

这里第二个Pass中的颜色改为蓝色加以区分，第一个Pass做深度测试时保留深度值较大的片元，即绿色部分，第二个Pass做深度测试时保留深度值较小的片元，即蓝色部分