《Unity Shader入门精要》读书笔记07

第 8 章 透明效果

• 透明通道（Alpha Channel）
• 实现透明效果的两种方法：透明度测试（Alpha Test）；透明度混合（Alpha Blending）。
• 透明度测试：简单，根据透明度舍弃片元，但是效果极端。
• 透明度混合：真正的半透明效果。

渲染顺序很重要

前面说到，对于透明度混合技术，需要关闭深度写入，此时我们就需要小心处理透明物体的渲染顺序。那么，我们为什么要关闭深度写入呢？如果不关闭深度写入，一个半透明表面背后的表面本来是可以透过它被我们看到的，但由于深度测试时判断结果是该半透明表面距离摄像机更近，导致后面的表面将会被剔除，我们也就无法透过半透明表面看到后面的物体了。但是，我们由此就破坏了深度缓冲的工作机制，而这是一个非常非常非常（重要的事情要讲3遍）糟糕的事情，尽管我们不得不这样做。关闭深度写入导致渲染顺序将变得非常重要。

半透明和不透明物体之间，半透明物体之间的渲染顺序都很重要。

为什么半透明物体之间也要考虑顺序？

假设有一个红色玻璃（透明度0.5）在一个蓝色玻璃（透明度0.5）后面。让我们看看两种渲染顺序的区别：

渲染顺序	步骤1：先画蓝色	步骤2：再画红色	最终结果（数学计算）
先蓝后红	缓冲区初始为黑色(0,0,0) 绘制蓝色：(0,0,0.5) 计算：(0,0,1)*0.5 + (0,0,0)*0.5 = (0,0,0.5)	在蓝色(0,0,0.5)上画红色(0.5,0,0) 计算：(1,0,0)*0.5 + (0,0,0.5)*0.5 = (0.5,0,0.25)	(0.5, 0, 0.25)
先红后蓝	缓冲区初始为黑色(0,0,0) 绘制红色：(0.5,0,0) 计算：(1,0,0)*0.5 + (0,0,0)*0.5 = (0.5,0,0)	在红色(0.5,0,0)上画蓝色(0,0,0.5) 计算：(0,0,1)*0.5 + (0.5,0,0)*0.5 = (0.25,0,0.5)	(0.25, 0, 0.5)

由DeepSeek生成

渲染引擎一般都会先对物体进行排序，再渲染：
（1）先渲染所以不透明物体，并开启透明的深度测试和深度写入。
（2）把半透明的物体按照他们距离摄像机的远近进行排序，然后按照从后往前的顺序渲染这些半透明物体，并开启它们的深度测试，但是关闭深度写入。

无论选择哪种判断物体深度值的方法，某些情况下都会出现错误的遮挡关系。

常见的解决方法就是分割网格。还可以尽可能让模型是凸面体，将复杂的模型拆成可以独立排序的多个子模型；试着让透明通道更加柔和，使穿插看起来并不是那么明显；使用开启了透明深度写入的半透明效果，来近似模拟物体的半透明。

Unity Shader 的渲染顺序

使用SubShader 的 Queue 标签来决定模型归于哪个渲染队列（render queue）。
-> Background ：背景
-> Geometry ：大多数物体使用；不透明物体使用
-> AlphaTest ：需要透明度测试的物体
-> Transparent ：从后往前渲染，使用了透明度混合的物体使用
-> Overlay ： 叠加效果；最后渲染的物体
代码：

SubShader {
	Tags { "Queue" = "AlphaTest" } // or Tags { "Queue" = "Transparent" }
	Pass {
		...
		// ZWrite Off 关闭深度写入。也可以写在SubShader中，关闭所有Pass的深度写入
	}
}

实践：透明度测试

在片元着色器中使用 clip 函数进行透明度测试。

实践

在 Unity 中实现透明度测试的效果。

我们需要把Queue标签设置为AlphaTest。而RenderType标签可以让Unity把这个Shader归入到提前定义的组（这里就是TransparentCutout组）中，以指明该Shader是一个使用了透明度测试的Shader。RenderType标签通常被用于着色器替换功能。我们还把IgnoreProjector设置为True，这意味着这个Shader不会受到投影器（Projectors）的影响。通常，使用了透明度测试的Shader都应该在SubShader中设置这三个标签。

// Alpha test
clip(texColor.a - _Cutoff);
// 等价于
// if((texColor.a-_Cutoff)<0.0) {
//     discard;
// }

实践：透明度测试

真正的半透明效果。

实践

在 Unity 中实现透明度测试的效果。

混合命令——Blend

Blend Off 关闭混合；
Blend SrcFactor DstFactor 开启混合，并设置混合因子；
Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA 如上，另外控制透明度的混合
BlendOp BlendOperation 使用 BlendOperation 进行其他操作

开启深度写入的半透明效果

由于关闭深度写入而造成的错误排序，一种解决方法是：使用两个Pass渲染模型。
第一个Pass开启深度写入，但不输出颜色；第二个 Pass 按照像素级别的深度排序结果进行透明渲染。

实践

在 Unity 中实现开启深度写入的半透明效果。

在原来的 Pass 前新增一个 Pass

Pass {
	ZWrite On
	ColorMask 0 // 该 Pass 不写入任何颜色通道
}

这个 Pass 只把模型的深度信息写入深度缓冲，从而剔除模型中被自身遮挡的片元。
ColorMask 用于设置颜色通道的写掩码（write mask）

ColorMask RGB | A | 0 | 其他任何 R G B A 的组合

ShaderLab的混合命令

总之就是控制混合的。用到再查。

双面渲染的透明效果

实践

在 Unity 中实现透明度测试的双面渲染。
加一行 Cull Off 来关闭背面剔除即可

Cull Back | Front | Off // 默认为Back，即背面剔除

透明度混合的双面渲染

注意

由于关闭了深度写入，如果只是关闭剔除，那么可能出现正面和背面渲染顺序错乱的情况。

所以我们用两个Pass，先渲染背面，再渲染正面。在原有代码上修改：
（1）复制原Pass的代码，得到另一个Pass。
（2）在两个 Pass 中分别使用 Cull 指令剔除不同朝向的渲染图元。

实践

在 Unity 中实现透明度混合的双面渲染。