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Unity3D学习(八):《Unity Shader入门精要》——透明效果
阅读量:5375 次
发布时间:2019-06-15

本文共 5674 字,大约阅读时间需要 18 分钟。

前言
在实时渲染中要实现透明效果,通常会在渲染模型时控制它的透明通道。
Unity中通常使用两种方法来实现透明 :(1)透明度测试(AlphaTest)(2)透明度混合(AlphaBlend)。前者往往无法实现真正的半透明效果。

深度缓冲(Depth Buffer)

深度缓冲是用于解决可见性问题的,它可以决定物体的哪些部分渲染在前面,哪些部分被其他物体遮挡。其基本思想是:根据深度缓存中的值来判断该片元距离摄像机的距离,当渲染一个片元时,需要把它的深度值和已经存在深度缓存中的值进行比较(前提是开启了深度测试),如果它的值距离摄像机更远,那么说明它不应该被渲染到屏幕上(被挡住了);否则,这个片元应该覆盖掉此时颜色缓冲中的像素值,并把它的深度更新到深度缓冲中(前提是开启了深度写入,Unity中为ZWrite On)。

透明度混合时应关闭深度写入(ZWrite Off)

如果不关闭深度写入,一个半透明表面背后的表面本就是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,导致后面的表面会被剔除掉,也就无法通过半透明面观察到后面的物体。

另外注意关闭深度写入后要考虑物体的渲染顺序。如下图,一个半透明物体A和一个不透明物体B,B在A后方,如果先渲染A再渲染B会出现A被B遮挡的情况,这是错误的。因此渲染顺序在关闭深度写入的情况下极为重要。

 

 为了保证渲染顺序正确,渲染引擎一般会对物体进行排序,再渲染,常用的方法是

  • 1)先渲染所有不透明物体,并开启它们的深度测试和深度写入。
  • 2)把半透明物体按他们离摄像机的远近进行排序,然后按照从后往前的顺序渲染透明物体,并开启它们的深度测试,但关闭深度写入。

但这种方法无法解决物体重叠的情况,因此需要额外的解决方案,比如分割网格等。但是也可以试着让透明通道更柔和,是穿插重叠看起来不那么明显。

Unity的渲染顺序

Unity通过一组Queue标签来决定模型归于哪个渲染队列,队列由整数索引表示,索引号越小越先被渲染。

渲染队列 渲染队列描述 渲染队列值
Background 这个队列被最先渲染。它被用于skyboxes等。 1000
Geometry 这是默认的渲染队列。它被用于绝大多数对象。不透明几何体使用该队列。 2000
AlphaTest 通道检查的几何体使用该队列。它和Geometry队列不同,对于在所有立体物体绘制后渲染的通道检查的对象,它更有效。 2450
Transparent 该渲染队列在Geometry和AlphaTest队列后被渲染。任何通道混合的(也就是说,那些不写入深度缓存的Shaders)对象使用该队列,例如玻璃和粒子效果。 3000
Overlay 该渲染队列是为叠加效果服务的。任何最后被渲染的对象使用该队列,例如镜头光晕。 4000

透明度测试

只要有一个片元的透明度不满足条件(通常是小于某个阈值),那么它对应的片元便会被舍弃,不做任何处理。

在Unity中是用如下函数来进行透明度测试:

clip(texColor.a - _Cutoff);

texColor.a为纹理的alpha值,_Cutoff为阈值,该函数等价于

if(texColor.a - _Cutoff < 0)    discard;

完整的代码 

Shader "Unity Shader Book/Chapter 8/AlphaTest"{	Properties	{	    _Color("Color Tint",Color) = (1,1,1,1)		_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}		_Cutoff("Alpha Cutoff",Range(0,1)) = 0.5	}	SubShader	{		Tags { "RenderType"="TransparentCutout" "Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "LightMode"="ForwardBase"}		LOD 100		Pass		{			CGPROGRAM			#pragma vertex vert			#pragma fragment frag						#include "UnityCG.cginc"			#include "Lighting.cginc"			struct appdata			{				float4 vertex : POSITION;				float3 normal:NORMAL;				float4 texcoord : TEXCOORD0;			};			struct v2f			{				float4 pos : SV_POSITION;				float3 worldNormal:TEXCOORD0;				float3 worldPos:TEXCOORD1;				float2 uv : TEXCOORD2;			};			fixed4 _Color;			fixed _Cutoff;			sampler2D _MainTex;			float4 _MainTex_ST;						v2f vert (appdata v)			{				v2f o;				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;				return o;			}						fixed4 frag (v2f i) : SV_Target			{				fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);				fixed3 worldLightDir = UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos);				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex,i.uv);				//Alpha Test				clip(texColor.a - _Cutoff);				//equal to 				//if(texColor.a - _Cutoff < 0) discard;				fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));				return fixed4(diffuse + ambient,1.0);			}			ENDCG		}	}}

效果如下,可以看到只是单纯的颜色剔除,并不算正常的透明效果。

为了得到正确的透明效果,可以使用透明度混合。

透明度混合

透明度混合即将透明物体的源颜色与其表面后方的目标颜色混合,其基本公式为:

DstColor-new(混合后的颜色) = SrcAlpha * SrcColor + (1- SrcAlpha) * DstColor。(SrcAlpha为混合因子)

该公式可以在Unity的ShaderLab语义中表示为

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

更多语义可以参考

完整代码实现

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'Shader "Unity/Chapter 8/AlphaBlend"{	Properties	{	    _Color("Color Tint",Color) = (1,1,1,1)		_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}		_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1)) = 0.5	}	SubShader	{		Tags { "RenderType"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "Queue"="Transparent" }		LOD 100		Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha		ZWrite On		Pass		{			CGPROGRAM			#pragma vertex vert			#pragma fragment frag						#include "UnityCG.cginc"			#include "Lighting.cginc"			struct appdata			{			    float3 normal:NORMAL;				float4 vertex : POSITION;				float4 texcoord : TEXCOORD0;			};			struct v2f			{				float2 uv : TEXCOORD2;				float3 worldNormal : TEXCOORD0;				float3 worldPos : TEXCOORD1;				float4 pos : SV_POSITION;			};			fixed4 _Color;			fixed _AlphaScale;			sampler2D _MainTex;			float4 _MainTex_ST;						v2f vert (appdata v)			{				v2f o;				o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);				o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex).xyz;				return o;			}						fixed4 frag (v2f i) : SV_Target			{			    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);			    fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex,i.uv);				fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;				fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;				fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0,dot(worldNormal,worldLightDir));				return fixed4(ambient + diffuse,texColor.a * _AlphaScale);			}			ENDCG		}	}	Fallback "Transparent/VertexLit"}

该代码得到的效果如下

嗯,这才是正常的透明效果

开启深度写入的半透明效果

上述的透明混合并没有开启深度写入(ZWrite On),因此如果物体有重叠,那么会产生错误的效果,如下

当模型网格之间有互相交叉的结构时,往往会得到错误的半透明效果

这时候需要在上文的透明度混合代码中的Pass代码块之前,插入一个新的Pass代码块

Pass{    ZWrite On    ColorMask 0  //用于设置颜色通道的写掩码,0表示不写入任何通道}

这样就会得到正确的效果

开启了深度写入的半透明效果

双面渲染的透明效果

仔细观察上文的透明效果可以发现,我们并不能透过半透明物体观察它们的内部情况,这是不合乎常理的,因此我们需要进行双面渲染。

在Unity中,我们可以通过Cull指令来控制剔除哪一面的渲染图元

Cull Back  //剔除背面,只渲染前面,引擎的默认设置Cull Front //剔除前面,仅渲染背面Cull Off    //关闭剔除

透明度测试的双面渲染

仅需要在Tags标签后插入一行

Cull Off

效果对比

透明度混合的双面渲染

将Pass代码块复制一份,一个Pass负责渲染前面,一个Pass负责渲染后面就行,格式如下

Shader "........."{propeties{     /*.....*/}SubShader{     Pass   {         Tags{.......}         Cull Front  //剔除前面         /*其余代码保持不变          ....         */    }     Pass    {         Tags{.......}         Cull Back  //剔除后面         /*其余代码保持不变           ....         */     }   }  }

实现的效果如下

转载于:https://www.cnblogs.com/0kk470/p/8250704.html

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