Unity Shader 之 透明效果
透明效果
透明效果一般有两种实现方法:
- 第一种,使用透明度测试(Alpha Test)
- 第二种,使用透明度混合(Alpha Blending)
透明度测试和透明度混合机制:
透明度测试(Alpha Test):只要一个片元的透明度不满足条件(小于某阀值),那么它对应的片元就会被舍弃。被舍弃的片元将不会再进行任何处理,也不会对颜色缓冲产生任何影响;否则,就按照普通的不透明物体处理,即进行深度测试、深度写入。透明度测试不需要关闭深度写入。
透明度混合(Alpha Blending):使用当前片元的透明度作为混合因子,与已经存储在颜色缓冲中的颜色值进行混合,得到新的颜色值。但是,这需要关闭深度写入。虽然关闭了深度写入,但是没有关闭了深度缓冲,此时深度缓冲还是可读的。
不同的渲染顺序带来的结果:(A半透明,B不透明)
第一种:先渲染B,再渲染A.
结果:能得到正确的渲染效果。
第二种:先渲染A,再渲染B.
结果:不能得到正确的渲染效果,因为在渲染A时已经关闭了深度写入,所以A不会修改深度缓冲,等到渲染B时,B直接覆盖了A的颜色。
渲染常用顺序:
- 先渲染所有不透明物体,开启深度测试和深度写入。
- 半透明物体按离摄像机距离远近排序,从后往前渲染,开启深度测试,关闭深度写入。
部分相互重叠的物体不适用,解决方法是分割网格。
unity shader的渲染顺序
Unity为了解决渲染顺序问题提供了渲染队列(render queue)解决方案。
实现透明度测试时需要添加代码:
SubShader{
Tags {"Queue" = "AlphaTest"}
Pass{
...
}
}
实现透明度混合需要添加代码:
SubShader{
Tags {"Queue" = "Transform"}
Pass{
ZWrite Off
...
}
}
透明度测试
关键函数
clip函数是CG中的一个函数:
void clip(float4 x);
void clip(float3 x);
void clip(float2 x);
void clip(float1 x);
void clip(float x);
全部代码
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 8/Alpha Test" {
Properties {
_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {}
_Cutoff ("Alpha Cutoff", Range(0, 1)) = 0.5
}
SubShader {
Tags {"Queue"="AlphaTest" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="TransparentCutout"}
Pass {
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed _Cutoff;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
float2 uv : TEXCOORD2;
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
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);
// Alpha test
clip (texColor.a - _Cutoff);
// Equal to
// if ((texColor.a - _Cutoff) < 0.0) {
// 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(ambient + diffuse, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Transparent/Cutout/VertexLit"
}
效果
透明度混合
透明度混合的本质就是用当前片元的透明度作为混合因子,与已经存储在颜色缓冲中的颜色值进行混合,得到新颜色。
混合公式如下:
unity提供的混合命令:
透明度混合完整代码
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 8/Alpha Blend" {
Properties {
_Color ("Color 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" }
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed _AlphaScale;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
float2 uv : TEXCOORD2;
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
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"
}
效果
开启深度写入的半透明效果
前面提到由于关闭深度写入而造成的错误排序的情况。可以使用两个Pass的办法来解决
第一个Pass: 开启深度写入,但不输出颜色,它的目的仅仅是为了把该模型的深度值写入深度缓冲中
第二个Pass: 进行正常的透明度混合,由于上个Pass已经的到了像素的正确深度信息,所以可以得到正确的渲染结果。
这种办法的缺点是对性能有一定影响
ShaderLab的混合命令
ShaderLab中的混合因子
参数 | 描述 |
---|---|
One | The value of one - use this to let either the source or the destination color come through fully. |
Zero | The value zero - use this to remove either the source or the destination values. |
SrcColor | The value of this stage is multiplied by the source color value. |
SrcAlpha | The value of this stage is multiplied by the source alpha value. |
DstColor | The value of this stage is multiplied by frame buffer source color value. |
DstAlpha | The value of this stage is multiplied by frame buffer source alpha value. |
OneMinusSrcColor | The value of this stage is multiplied by (1 - source color). |
OneMinusSrcAlpha | The value of this stage is multiplied by (1 - source alpha). |
OneMinusDstColor | The value of this stage is multiplied by (1 - destination color). |
OneMinusDstAlpha | The value of this stage is multiplied by (1 - destination alpha). |
ShaderLab中的混合操作
操作 | 描述 |
---|---|
Add | Add source and destination together. |
Sub | Subtract destination from source. |
RevSub | Subtract source from destination. |
Min | Use the smaller of source and destination. |
Max | Use the larger of source and destination. |
LogicalClear | Logical operation: Clear (0) DX11.1 only. |
LogicalSet | Logical operation: Set (1) DX11.1 only. |
LogicalCopy | Logical operation: Copy (s) DX11.1 only. |
LogicalCopyInverted | Logical operation: Copy inverted (!s) DX11.1 only. |
LogicalNoop | Logical operation: Noop (d) DX11.1 only. |
LogicalInvert | Logical operation: Invert (!d) DX11.1 only. |
LogicalAnd | Logical operation: And (s & d) DX11.1 only. |
LogicalNand | Logical operation: Nand !(s & d) DX11.1 only. |
LogicalOr | Logical operation: Or (s | d) DX11.1 only. |
LogicalNor | Logical operation: Nor !(s | d) DX11.1 only. |
LogicalXor | Logical operation: Xor (s ^ d) DX11.1 only. |
LogicalEquiv | Logical operation: Equivalence !(s ^ d) DX11.1 only. |
LogicalAndReverse | Logical operation: Reverse And (s & !d) DX11.1 only. |
LogicalAndInverted | Logical operation: Inverted And (!s & d) DX11.1 only. |
LogicalOrReverse | Logical operation: Reverse Or (s | !d) DX11.1 only. |
LogicalOrInverted | Logical operation: Inverted Or (!s | d) DX11.1 only. |
双面渲染的透明效果
上面的透明度测试和透明度混合都无法将物体的背面显示出来,这是因为渲染引擎剔除了物体的背面,所以需要在渲染透明物体使用Cull指令控制需要剔除的渲染图元。
- Cull Back | Front | Off
分别是:剔除背面的图元 | 剔除前面的图元 | 关闭功能
完整代码
Shader "Unity Shaders Book/Chapter 8/Alpha Blend With Both Side" {
Properties {
_Color ("Color 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
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed _AlphaScale;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
float2 uv : TEXCOORD2;
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
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
}
Pass {
Tags { "LightMode"="ForwardBase" }
// Second pass renders only front faces
Cull Back
ZWrite Off
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed _AlphaScale;
struct a2v {
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f {
float4 pos : SV_POSITION;
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;
float2 uv : TEXCOORD2;
};
v2f vert(a2v v) {
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
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"
}
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