42.开启深度写入的半透明效果

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  1. 42.透明-效果实现-开启深度写入的半透明效果
    1. 42.1 知识点
      1. 准备工作：导入测试资源
      2. 开启深度写入的半透明效果的需求
      3. 开启深度写入的半透明效果的基本原理
        1. 基本原理
        2. 如何做到不输出颜色
        3. 注意事项
      4. 实现开启深度写入的半透明效果
        1. 关键步骤
        2. 复制 Lesson41_透明_效果实现_透明度混合 中透明度混合的Shader代码
        3. 在SubShader中添加Pass渲染通道
        4. 创建材质赋值并测试
    2. 42.2 知识点代码
      1. Lesson42_透明_效果实现_开启深度写入的半透明效果
      2. Lesson42_Transparent_Open_Depth_Writing_Translucent

42.透明-效果实现-开启深度写入的半透明效果

42.1 知识点

准备工作：导入测试资源

导入一个有复杂前后关系的环状模型，用于测试半透明效果。

开启深度写入的半透明效果的需求

  • 将上节课的Shader应用到模型上，发现前后关系产生了问题，这是因为关闭了深度写入。

  • 对于结构较为复杂的模型，使用之前的透明度混合Shader会由于关闭了深度写入产生错误的渲染效果。

  • 虽然可以通过拆分模型的方式解决部分问题，但对于一些结构复杂的模型，拆分模型的方式会增加工作量。

  • 可以通过开启深度写入的半透明Shader来优化效果。

开启深度写入的半透明效果的基本原理

基本原理

  1. 使用两个Pass渲染通道来处理渲染逻辑。

    • 第一个Pass：开启深度写入，不输出颜色，目的是让该模型各片元的深度值能写入深度缓冲。
    • 第二个Pass：进行正常的透明度混合（与上节课相同）。

  2. 当执行第一个Pass时，会执行深度测试并进行深度写入。如果该片元没有通过深度测试，将直接丢弃，不会执行第二个Pass。

  3. 对于同一个模型中处于屏幕同一位置的片元，会进行深度测试，再决定渲染哪个片元。

如何做到不输出颜色

  • 使用 ColorMask 颜色遮罩控制颜色分量是否写入到颜色缓冲区中：
  • ColorMask RGBA 表示写入颜色的RGBA通道。
  • ColorMask 0 表示不写入颜色。
  • ColorMask RB 表示只写入红色和蓝色通道。

注意事项

  1. 开启深度写入的半透明效果后，模型内部之间不会有半透明效果（因为模型内部深度较大的片元会被丢弃）。
  2. 由于有两个Pass渲染通道，因此会带来一定的性能开销。

实现开启深度写入的半透明效果

关键步骤

  1. 复制 Lesson41_透明_效果实现_透明度混合 中透明度混合的Shader代码。
  2. 在 SubShader 中之前的 Pass 渲染通道前面加一个 Pass 渲染通道。
  3. 在新加的 Pass 渲染通道中开启深度写入，并且使用 ColorMask 0 颜色遮罩，不输出颜色。

复制 Lesson41_透明_效果实现_透明度混合 中透明度混合的Shader代码

Shader "Unlit/Lesson42_Transparent_Open_Depth_Writing_Translucent"
{
    Properties
    {
        //主要就是将单张纹理Shader和布林方光照模型逐片元Shader进行一个结合
        _MainTex("MainTex", 2D) = ""{}
        //漫反射颜色
        _MainColor("MainColor", Color) = (1,1,1,1)
        //高光反射颜色
        _SpecularColor("SpecularColor", Color) = (1,1,1,1)
        //光泽度
        _SpecularNum("SpecularNum", Range(0,20)) = 15
        //用于控制对象整体透明度的值
        _AlphaScale("AlphaScale", Range(0,1)) = 1
    }
    SubShader
    {
        //设置透明度混合的渲染队列 为 透明的Transparent
        //"Queue"="Transparent"：设置渲染队列，决定了该对象的渲染顺序。会在不透明对象渲染完之后进行渲染。透明对象按照从后往前的顺序进行渲染，以保证正确的透明效果叠加。
        //"IgnoreProjector"="True"：表示忽略投影机。这意味着该对象不会受到投影机（例如阴影投影器）的影响。可以用于不需要接收阴影的对象，以提高渲染性能。
        //"RenderType"="Transparent"：Transparent，表示该材质的渲染类型为透明，通常用于完全透明或具有一定透明度的物体，以实现不同程度的透明效果，比如玻璃、水等。
        Tags
        {
            "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"
        }
        Pass
        {
            Tags
            {
                "LightMode" = "ForwardBase"
            }

            //对于处理半透明效果 需要
            //关闭深度写入
            ZWrite Off
            //将混合因子 设置为半透明效果的 搭配
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"

            //纹理贴图对应的映射成员
            
            //映射对应纹理属性的图片颜色相关数据
            sampler2D _MainTex;
            
            //映射对应纹理属性的 缩放 平(偏)移数据
            float4 _MainTex_ST; //xy代表缩放 zw代表平移
            
            //漫反射颜色、高光反射颜色、光泽度
            fixed4 _MainColor;
            fixed4 _SpecularColor;
            float _SpecularNum;
            
            //用于控制对象整体透明度的值
            fixed _AlphaScale;

            struct v2f
            {
                //裁剪空间下的顶点坐标
                float4 pos:SV_POSITION;
                //UV坐标
                float2 uv:TEXCOORD0;
                //世界空间下的法线
                float3 wNormal:NORMAL;
                //世界空间下的顶点坐标
                float3 wPos:TEXCOORD1;
            };

            v2f vert(appdata_base appdata_base)
            {
                v2f v2f;
                
                //把模型空间下的顶点转换到裁剪空间下
                v2f.pos = UnityObjectToClipPos(appdata_base.vertex);
                
                //uv坐标计算
                //appdata_base.texcoord.xy //代表uv坐标
                //appdata_base.texcoord.zw //代表一些额外信息 例如深度值
                //先缩放 后平移 这个是一个固定的算法 规则如此
                //如果没有进行缩放和平移 那么 这个计算后 值是不会产生变化的
                //因为缩放默认值是1和1 ，平移默认值是0和0
                v2f.uv = appdata_base.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
                
                //世界空间下的法线
                v2f.wNormal = UnityObjectToWorldNormal(appdata_base.normal);
                
                //世界空间下的顶点坐标
                v2f.wPos = mul(unity_ObjectToWorld, appdata_base.vertex);
                
                return v2f;
            }

            fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
            {
                //取出纹理当中的颜色RGBA
                fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, v2f.uv);
                
                //新知识点：纹理颜色需要和漫反射材质颜色叠加（乘法） 共同决定最终的颜色
                fixed3 albedo = texColor.rgb * _MainColor.rgb;
                
                //光的方向（指向光源方向）
                float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                
                //兰伯特漫反射颜色 = 光的颜色 * 漫反射材质的颜色 * max(0, dot(世界坐标系下的法线, 光的方向))
                //新知识点：兰伯特光照模型计算时，漫反射材质颜色使用 1 中的叠加颜色计算
                fixed3 lambertColor = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * max(0, dot(v2f.wNormal, lightDir));

                // 视角方向
                //float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - v2f.wPos);
                float3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(v2f.wPos));
                
                //半角向量 = 视角方向 + 光的方向
                float3 halfA = normalize(viewDir + lightDir);
                
                //高光反射的颜色 = 光的颜色 * 高光反射材质的颜色 * pow(max(0, dot(世界坐标系下的法线, 半角向量)), 光泽度)
                fixed3 specularColor = _LightColor0.rgb * _SpecularColor * pow(
                    max(0, dot(v2f.wNormal, halfA)), _SpecularNum);

                //布林方光照颜色 = 环境光颜色 + 兰伯特漫反射颜色 + 高光反射的颜色
                //新知识点：最终使用的环境光叠加时，环境光变量UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT需要和 最终的颜色 进行乘法叠加
                // * albedo为了避免最终的渲染效果偏灰 否则会偏灰
                fixed3 color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * albedo + lambertColor + specularColor;

                //修改我们的 Alpha返回值 决定颜色的透明度
                return fixed4(color.rgb, texColor.a * _AlphaScale);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

在SubShader中添加Pass渲染通道

在SubShader中之前的Pass渲染通道前面加一个Pass渲染通道，在新加Pass渲染通道中开启深度写入，并且使用 ColorMask 0 颜色遮罩 渲染命令，不输出颜色

//主要就是进行深度写入 但是不输出颜色
Pass
{
    ZWrite On
    ColorMask 0
}

创建材质赋值并测试

将材质赋值给模型，测试可以看到前后关系可以正常显示，并且放到其他模型前面时也有半透明效果。

42.2 知识点代码

Lesson42_透明_效果实现_开启深度写入的半透明效果

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Lesson42_透明_效果实现_开启深度写入的半透明效果 : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        #region 准备工作 导入测试资源

        #endregion

        #region 知识点一 开启深度写入的半透明效果是用来处理哪种需求的？

        //对于本身结构较为复杂的模型
        //使用之前的透明度混合Shader会由于关闭了深度写入
        //会产生错误的渲染效果

        //虽然我们可以通过拆分模型的方式解决部分问题
        //但是对于一些结构复杂的模型，拆分模型的方式会增加工作量

        //因此我们可以采用 开启深度写入的半透明Shader 来优化效果

        #endregion

        #region 知识点二 开启深度写入的半透明效果的基本原理

        //基本原理：
        //  使用两个Pass渲染通道来处理渲染逻辑
        //  第一个Pass：开启深度写入，不输出颜色
        //             目的是让该模型各片元的深度值能写入深度缓冲
        //  第二个Pass：进行正常的透明度混合（和上节课一样）

        //  这样做的话，当执行第一个Pass时，会执行深度测试，并进行深度写入
        //  如果此时该片元没有通过深度测试会直接丢弃，不会再执行第二个Pass
        //  对于同一个模型中处于屏幕同一位置的片元们，会进行该位置的深度测试再决定渲染哪个片元

        //  如何做到不输出颜色？
        //  使用 ColorMask 颜色遮罩 渲染状态(命令)
        //  它主要用于控制颜色分量是否写入到颜色缓冲区中
        //  ColorMask RGBA 表示写入颜色的RGBA通道
        //  ColorMask 0    表示不写入颜色
        //  ColorMask RB   表示只写入红色和蓝色通道

        //注意：
        //1.开启深度写入的半透明效果，模型内部之间不会有任何半透明效果（因为模型内部深度较大的片元会被丢弃掉）
        //2.由于有两个Pass渲染通道，因此它会带来一定的性能开销

        #endregion

        #region 知识点三 实现 开启深度写入的半透明效果

        //1.我们复制 Lesson41_透明_效果实现_透明度混合 中透明度混合的Shader代码
        //2.在SubShader中之前的Pass渲染通道前面加一个Pass渲染通道
        //3.在新加Pass渲染通道中开启深度写入，并且使用 ColorMask 0 颜色遮罩 渲染命令，不输出颜色

        #endregion
    }
}

Lesson42_Transparent_Open_Depth_Writing_Translucent

Shader "Unlit/Lesson42_Transparent_Open_Depth_Writing_Translucent"
{
    Properties
    {
        //主要就是将单张纹理Shader和布林方光照模型逐片元Shader进行一个结合
        _MainTex("MainTex", 2D) = ""{}
        //漫反射颜色
        _MainColor("MainColor", Color) = (1,1,1,1)
        //高光反射颜色
        _SpecularColor("SpecularColor", Color) = (1,1,1,1)
        //光泽度
        _SpecularNum("SpecularNum", Range(0,20)) = 15
        //用于控制对象整体透明度的值
        _AlphaScale("AlphaScale", Range(0,1)) = 1
    }
    SubShader
    {
        //设置透明度混合的渲染队列 为 透明的Transparent
        //"Queue"="Transparent"：设置渲染队列，决定了该对象的渲染顺序。会在不透明对象渲染完之后进行渲染。透明对象按照从后往前的顺序进行渲染，以保证正确的透明效果叠加。
        //"IgnoreProjector"="True"：表示忽略投影机。这意味着该对象不会受到投影机（例如阴影投影器）的影响。可以用于不需要接收阴影的对象，以提高渲染性能。
        //"RenderType"="Transparent"：Transparent，表示该材质的渲染类型为透明，通常用于完全透明或具有一定透明度的物体，以实现不同程度的透明效果，比如玻璃、水等。
        Tags
        {
            "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"
        }

        //主要就是进行深度写入 但是不输出颜色
        Pass
        {
            ZWrite On
            ColorMask 0
        }

        Pass
        {
            Tags
            {
                "LightMode" = "ForwardBase"
            }

            //对于处理半透明效果 需要
            //关闭深度写入
            ZWrite Off
            //将混合因子 设置为半透明效果的 搭配
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            #include "Lighting.cginc"

            //纹理贴图对应的映射成员
            
            //映射对应纹理属性的图片颜色相关数据
            sampler2D _MainTex;
            
            //映射对应纹理属性的 缩放 平(偏)移数据
            float4 _MainTex_ST; //xy代表缩放 zw代表平移
            
            //漫反射颜色、高光反射颜色、光泽度
            fixed4 _MainColor;
            fixed4 _SpecularColor;
            float _SpecularNum;
            
            //用于控制对象整体透明度的值
            fixed _AlphaScale;

            struct v2f
            {
                //裁剪空间下的顶点坐标
                float4 pos:SV_POSITION;
                //UV坐标
                float2 uv:TEXCOORD0;
                //世界空间下的法线
                float3 wNormal:NORMAL;
                //世界空间下的顶点坐标
                float3 wPos:TEXCOORD1;
            };

            v2f vert(appdata_base appdata_base)
            {
                v2f v2f;
                
                //把模型空间下的顶点转换到裁剪空间下
                v2f.pos = UnityObjectToClipPos(appdata_base.vertex);
                
                //uv坐标计算
                //appdata_base.texcoord.xy //代表uv坐标
                //appdata_base.texcoord.zw //代表一些额外信息 例如深度值
                //先缩放 后平移 这个是一个固定的算法 规则如此
                //如果没有进行缩放和平移 那么 这个计算后 值是不会产生变化的
                //因为缩放默认值是1和1 ，平移默认值是0和0
                v2f.uv = appdata_base.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
                
                //世界空间下的法线
                v2f.wNormal = UnityObjectToWorldNormal(appdata_base.normal);
                
                //世界空间下的顶点坐标
                v2f.wPos = mul(unity_ObjectToWorld, appdata_base.vertex);
                
                return v2f;
            }

            fixed4 frag(v2f v2f) : SV_Target
            {
                //取出纹理当中的颜色RGBA
                fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, v2f.uv);
                
                //新知识点：纹理颜色需要和漫反射材质颜色叠加（乘法） 共同决定最终的颜色
                fixed3 albedo = texColor.rgb * _MainColor.rgb;
                
                //光的方向（指向光源方向）
                float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                
                //兰伯特漫反射颜色 = 光的颜色 * 漫反射材质的颜色 * max(0, dot(世界坐标系下的法线, 光的方向))
                //新知识点：兰伯特光照模型计算时，漫反射材质颜色使用 1 中的叠加颜色计算
                fixed3 lambertColor = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * max(0, dot(v2f.wNormal, lightDir));

                // 视角方向
                //float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - v2f.wPos);
                float3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(v2f.wPos));
                
                //半角向量 = 视角方向 + 光的方向
                float3 halfA = normalize(viewDir + lightDir);
                
                //高光反射的颜色 = 光的颜色 * 高光反射材质的颜色 * pow(max(0, dot(世界坐标系下的法线, 半角向量)), 光泽度)
                fixed3 specularColor = _LightColor0.rgb * _SpecularColor * pow(
                    max(0, dot(v2f.wNormal, halfA)), _SpecularNum);

                //布林方光照颜色 = 环境光颜色 + 兰伯特漫反射颜色 + 高光反射的颜色
                //新知识点：最终使用的环境光叠加时，环境光变量UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT需要和 最终的颜色 进行乘法叠加
                // * albedo为了避免最终的渲染效果偏灰 否则会偏灰
                fixed3 color = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb * albedo + lambertColor + specularColor;

                //修改我们的 Alpha返回值 决定颜色的透明度
                return fixed4(color.rgb, texColor.a * _AlphaScale);
            }
            ENDCG
        }
    }
}
转载请注明来源，欢迎对文章中的引用来源进行考证，欢迎指出任何有错误或不够清晰的表达。可以在下面评论区评论，也可以邮件至 785293209@qq.com

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