第七章 透明效果（3）

目錄

• 1.開啓深度寫入的半透明效果
• 2.ShaderLab的混合命令
  • 2.1 混合等式和參數
  • 2.2 混合操做
  • 2.3 常見的混合類型
• 3.雙面渲染的透明效果
  • 3.1 透明度測試的雙面渲染
  • 3.2透明度混合的雙面渲染

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1.開啓深度寫入的半透明效果

在上一節，咱們給出了一種因爲關閉深度寫入而形成的錯誤排序狀況。一種解決方法是使用兩個Pass來渲染模型：
第一個Pass開啓深度寫入，但不輸出顏色，它的目的僅僅是爲了把該模型的深度值寫入深度緩衝中；第二個Pass進行正常的透明度混合，因爲上一個Pass已經獲得了逐像素的正確的深度信息，該Pass就能夠按照像素級別的深度排序結果進行透明渲染。但這種方法的缺點在於，多使用一個Pass會對性能形成必定的影響。在本節最後，咱們能夠獲得相似下圖的效果：

能夠看出，使用這種方法，咱們仍然能夠實現模型與它後面的背景混合的效果，但模型內部之間不會有任何真正的半透明效果。
本節使用的代碼和AlphaBlend幾乎同樣，咱們只需在原來的基礎上再增長一個新的Pass便可。

Properties{
_Color（"Main Tint",Color）=（1，1，1，1）
_MainTex("Main Tex",2D)="white"{}
_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1))=1
}
SunShader{
Tags{"Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transpraent"}
//Extra pass that renders to depth buffer only
Pass{
Zwrite On
ColorMaxk 0
}
Pass{
//和上一節同樣的代碼
}
}
Fallback"Diffuse"

這個新添加的Pass的目的僅僅是爲了把模型的深度信息寫入深度緩衝中，從而剔除模型中被自身遮擋的片元。所以，Pass的第一行開啓了深度寫入。在第二行，咱們使用了一個新的渲染命令——ColorMask。在ShaderLab中，ColorMask用於設置顏色通道的寫掩碼（write mask）。它的語義以下：
ColorMask RGB|A|0|其它任何R、G、B、A的組合
當ColorMask設爲0時，意味着該Pass不寫入任何通道，即不會輸出任何顏色。這正是咱們須要的——該Pass只需寫入深度緩存便可。

2.ShaderLab的混合命令

在前面，咱們已經看到如何利用Blend命令進行混合。實際上，混合還有不少其餘的用處，不只僅是用於透明度混合。在本節裏，咱們將更加詳細的瞭解混合中的細節問題。
咱們首先來看一下混合時如何實現的。當片元着色器產生一個顏色的時候，能夠選擇與顏色緩衝中的顏色進行混合。這樣一來，混合就和兩個操做數有關：源顏色（source color）和目標顏色（destination color）。源顏色，咱們用S表示，指的是由片元着色器產生的顏色值；目標顏色，咱們用D表示，指的是從顏色緩衝中讀取到的顏色值。對它們進行混合後獲得的輸出顏色，咱們用O表示，它會從新寫入到顏色緩衝中。咱們須要注意的是，當咱們談及混合中的源顏色、目標顏色和輸出顏色時，它們都包含了RGBA四個通道的值，而並不是僅僅是RGB通道。
想要使用混合，咱們必須首先開啓它。在Unity中，咱們使用Blend（Blend Off命令除外）命令時，除了設置混合狀態外也開啓了混合。可是，在其餘圖形API中咱們是須要手動開啓的。例如在OpenGl中，咱們須要使用glEnable（GL_BLEND）來開啓混合。但在Unity中，它已經在背後爲咱們作了這些工做。

2.1 混合等式和參數

前面咱們提到過，混合是一個逐片元的操做，並且它是不可編程的，但倒是高度可配置的。也就是說，咱們能夠設置混合時使用的運算操做、混合因子等來影響混合。那麼，這些配置又是如何實現的呢？
如今，咱們已知兩個操做數：源顏色S和目標顏色D，想要得出輸出顏色O就必須使用一個等式來計算。咱們把這個等式稱爲混合等式（blend equation）。進行混合時，咱們須要兩個混合等式：一個用於混合RGB通道，一個用於混合A通道。當設置混合狀態時，咱們實際上設置的就是混合等式中的操做和因子。在默認狀況下，混合等式使用的操做都是加操做（咱們也可使用其它操做），咱們只需再設置一下混合因子便可。因爲須要混合兩個等式（分別用於混合RGB通道和A通道），每一個等式有兩個因子（一個用於和源顏色相乘，一個用於和目標顏色相乘），所以一共須要四個因子。下表給出了ShaderLab中設置混合因子的命令。

能夠發現，第一個命令只提供了兩個因子，這意味着將使用一樣的混合因子來混合RGB通道和A通道，即此時SrcFactorA將等於SrcFactor，DstFactorA將等於DstFactor。下面就是使用這些因子進行加法混合時使用的混合公式：

那麼，這些混合因子能夠由哪些值呢？下表給出了ShaderLab支持的幾種混合因子:

使用上面的指令進行設置時，RGB通道的混合因子和A通道的混合因子都是同樣的，有時咱們但願可使用不一樣的參數混合A通道，這時就能夠利用Blend SrcFactor DstFactor，SrcFactorA DstFactorA指令。例如，咱們想要在混合後，輸出顏色的透明度值就是源顏色的透明度，就可使用下面的指令：

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha， One Zero

2.2 混合操做

在上面涉及的混合等式中，當把源顏色和目標顏色與它們對應的混合因子相乘後，咱們都是把它們的結果加起來做爲輸出顏色的。那麼可不能夠選擇不使用加法，而使用減法呢？答案是確定的，咱們可使用ShaderLab的BlendOp BlendOperation命令，即混合操做命令。下表給出了ShaderLab中支持的混合操做。

混合操做命令一般是與混合因子命令一塊兒工做的。但須要注意的是，當使用Min或Max混合操做時，混合因子實際上是不齊任何做用的，它們僅會判斷原始的源顏色和目的顏色的比較結果。

2.3 常見的混合類型

經過混合操做和混合因子命令的組合，咱們能夠獲得一些相似Photoshop混合模式中的混合效果：

//正常（Normal），即透明度混合
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
//柔和相加（soft Additive）
Blend OneMinusDstColor One
//正片疊底（Multiply），即相乘
Blend DstColor Zero
//兩倍相乘（2x Multiply）
Blend DstColor SrcColor
//變暗（Darken）
BlendOp Min
Blend One One
//變亮（Lighten）
BlendOp Max
Blend One One
//濾色（Screen）
Blend OneMinusDstColor One
//等同於
Blend One OneMinusSrcColor
//線性減淡（Linear Dodge）
Blend One One

下圖給出了上面不一樣設置下獲得的結果。

須要注意的是，雖然上面使用的Min和Max混合操做時仍然設置了混合因子，但實際上它們並不會對結果有任何影響，由於Min和Max混合操做會忽略混合因子。另外一點是，雖然上面有些混合模式並無設置混合操做的類型，可是它們默認就是使用加法操做，至關於設置了BlendOp Add。

3.雙面渲染的透明效果

在現實生活中，若是一個物體是透明的，意味着咱們不只能夠透過它看到其它物體的樣子，也能夠看到它的內部結構。但在前面實現的透明效果中，不管是透明度測試仍是透明度混合，咱們都沒法觀察到正方體內部及其背面的形狀，致使物體看起來好像只有半個同樣。這是由於，默認狀況下，渲染引擎剔出了物體背面（相對於攝像機的方向）的渲染圖元，而只渲染了物體的正面。若是咱們想要獲得雙面渲染的效果，可使用Cull指令來控制須要剔除哪一個面的渲染圖元。在Unity中，Cull指令的語法以下：

Cull Back| Front | Off

若是設置爲Back，那麼那些背對着攝像機的渲染圖元就不會被渲染，這也是默認狀況下的剔除狀態；若是設置爲Front，那麼那些朝向攝像機的渲染圖元就不會被渲染；若是設置爲Off，就會關閉剔除功能，那麼全部的渲染圖元都會被渲染，但因爲這時須要渲染的圖元數目會成倍增長，所以除非是用於特殊效果，例如這裏的雙面渲染的透明效果，一般狀況下是不會關閉剔除功能的。

3.1 透明度測試的雙面渲染

咱們首先來看一下，如何讓使用了透明度測試的物體實現雙面渲染的效果。這很是簡單，只需在Pass的渲染設置中使用Cull指令來關閉剔除便可。

Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
//Turn off culling
Cull Off
}

如上所示，這行代碼的做用是關閉剔除功能，是的該物體的全部渲染圖元都會被渲染。由此，咱們能夠獲得下圖的效果：

此時，咱們能夠經過正方體的鏤空區域看到內部的渲染結果。

3.2透明度混合的雙面渲染

和透明度測試相比，想要讓透明度混合實現雙面渲染會更復雜一些，這是由於透明度混合須要關閉深度寫入，而這是「一切混亂的開端」。咱們知道，想要獲得正確的透明效果，渲染順序是很是重要的——咱們想要保證圖元是從後往前渲染的。對於透明度測試來講，因爲咱們沒有關閉深度寫入，所以能夠利用深度緩衝按逐像素的粒度進行深度排序，從而保證渲染的正確性。然而一旦關閉了深度寫入，咱們就須要當心的控制渲染順序來獲得正確的深度關係，若是咱們讓然採樣上面的方法，直接關閉剔除功能，那麼咱們就沒法保證同一個物體的正面和背面的渲染順序，就有可能獲得錯誤的半透明效果。
爲此，咱們選擇把雙面渲染的工做分紅兩個Pass——第一個Pass只渲染背面，第二個Pass只渲染正面，因爲Unity會順序執行SubShader中的各個Pass，所以咱們能夠保證背面老是在正面渲染以前渲染，從而能夠保證正確的深度渲染關係。
主要代碼：

Properties{
_Color("Main Tint",Color)=（1，1，1，1）
_MainTex（"Main Tex",2D）="white"{}
_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1))=1
}
SubShader{
Tags{"Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}
Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
//First pass renders only back faces
Cull Front
//和以前同樣的代碼
}
Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
//Second pass renders only front faces
Cull back
//和以前同樣的代碼
}
}
Fallback"Transparent/VertexLit"

經過上面的代碼咱們能夠獲得下圖的效果：