《Unity Shader入门精要》八、透明效果在 Unity 中，通常用两种方法来实现透明效果透明度测试（Alpha

在 Unity 中，通常用两种方法来实现透明效果
- 透明度测试（Alpha Text），但其实它无法真正实现半透明
- 透明度混合（Alpha Blending）
对于不透明物体，不考虑它们的渲染顺序也能得到正确的排序效果（先 A 后 B 或者先 B 后 A 都可以），这是因为强大的深度缓冲的存在
- 思路：将待渲染片元的深度值与深度缓冲中的值进行比较，来决定是否要显示。若显示，除了覆盖掉此时颜色缓冲中的像素值外，还要将它的深度值更新到深度缓冲中
若想要实现透明效果，事情就没这么简单了，因为当使用了透明度混合时，我们关闭了深度写入（ZWrite）

两种实现方法的原理：

透明度测试：只要一个片元的透明度不满足条件，就会被舍弃。这方法不需要关闭深度写入，片元通过后会按普通不透明物体的处理方式来处理，但产生的效果比较极端，要么完全透明，要么完全不透明
透明度混合：这方法可得到真正的半透明效果。它会使用当前片元的透明度作为混合因子，与颜色缓冲中的颜色值进行混合，得到新的颜色。但这方法需要关闭深度写入，使用我们要非常小心物体的渲染顺序

8.1 为什么渲染顺序很重要（对于透明度混合）

若在进行透明度混合时不关闭深度写入，一个半透明物体后面的物体将会被剔除，得到不正确的渲染效果
我们不得不关闭深度写入破坏了深度缓冲的机制，这是非常非常非常糟糕的事情
来考虑不同的渲染顺序会有什么结果（透明物体与不透明物体）
1. 先 B 后 A。B 首先写入颜色缓冲和深度缓冲，然后半透明 A 仍然会进行深度测试，发现它比 B 离摄像机更近，需要被渲染，就将 A 与颜色缓冲中的 B 颜色进行混合，得到正确的效果
2. 先 A 后 B。半透明 A 首先写入颜色缓冲，但由于关闭了深度写入而没有修改深度缓冲。然后到渲染 B 进行深度测试时，它发现深度缓冲非常干净，就通过测试并写入颜色缓冲和深度缓冲了，从而直接覆盖掉原来 A 的颜色，得到错误的效果
- 由此可知：我们应该在不透明物体渲染之后再渲染半透明物体
来考虑不同的渲染顺序会有什么结果（全是透明物体）
1. 先 B 后 A。B 先写入颜色缓冲，然后 A 会和颜色缓冲中的 B 颜色进行混合，得到正确的效果
2. 先 A 后 B。A 先写入颜色缓冲，然后 B 会和颜色缓冲中的 A 颜色进行混合，但这样混合看起来是 B 在 A 的前面，得到错误的效果
- 由此可知：半透明物体之间也要按一定的顺序来渲染

渲染引擎一般会先对物体进行排序，再渲染。常用方法是

先渲染所有不透明物体，并开启它们的深度测试和写入
把全部半透明物体按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它们，并开启它们的尝试测试，但关闭深度写入

但这样还是没解决全部问题。若一半透明物体不是完全在另一半透明物体的前面/后面时，就会出现循环重叠的情况。这时我们可以选择把物体拆分成两部分然后再进行正确的排序

但是还会有其他的情况来“捣乱”（平面俯/侧着放，导致平面上有近摄像机点和远摄像机点）

网格上每个点的深度值可能都不一样，我们选择哪个深度值来排序呢？
选择哪个都会得到错误的结果，排序的结果总是 A 在 B 前面，但实际上 A 有一部分被 B 挡住
这种问题的解决方法通常也是分割网格

大多数游戏引擎都使用这样的方法

尽可能让模型是凸面体，以减少错误排序的情况
考虑将复杂模型拆分成可以独立排序的多个子模型
不想分割网格
- 试着让透明通道更柔和，使穿插看起来挺“正常”的
- 开启深度写入，近似地模拟半透明效果

8.2 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

可使用 SubShader 的 Queue 标签来决定模型将归于哪个渲染队列
内部使用一系列整数索引来表示每个渲染队列，值越小优先级越高（越早渲染）

通过透明度测试来实现透明效果

通过透明度混合来实现透明效果

8.3 透明度测试

只要片元的透明度不满足条件（通常是小于某个值），那么它就会被舍弃。被舍弃的片元将不会再进行包括修改颜色缓冲在内的任何处理，否则就会按普通的不透明物体的方式来处理

通常会在片元着色器中使用 clip 函数来进行透明度测试

步骤：

老 4 步（建场景，去天空，建材质，建 Shader 并赋给材质）
场景中建立方体，将材质赋给它。在立方体下创建一个平面
Shader 代码：源码
- Properties 语义块
  - _Cutoff：用于决定透明度测试时使用的判断条件（小于该值就舍弃片元）
- SubShader 语义块中定义 Pass 语义块
  - Queue 标签指定渲染队列名为 AlphaTest
  - RenderType 标签可让 Unity 把这个 Shader 归入到提前定义的组（TransparentCutout），以指明该 Shader 是一个使用了透明度测试的 Shader
  - IgnoreProjector 设为 True，意味着这个 Shader 不受投影器的影响
  - 通常，使用了透明度测试的 Shader 都应该设置这三个标签
- 顶点着色器的输入和输出结构体（打算在世界空间中进行计算光照）
- 顶点着色器
```
v2f vert (a2v v)
{
    v2f o;
    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
    o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
    o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);

    return o;
}
```
- 片元着色器
```
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
    fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));

    fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);

    clip(texColor.a - _Cutoff);

    fixed3 albedo = texColor.rgb * _Color.rgb;
    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
    fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * (dot(worldNormal, worldLightDir) * 0.5 + 0.5);

    return fixed4(ambient + diffuse, 1.0);
}
```
  - clip 函数，会判断参数是否为负数，是则舍弃该片元（效果就是完全透明）
- 设置合适的 Fallback
```
Fallback "Transparent/Cutout/VertexLit"
```
  - 不仅能保证显卡兼容性，还可保证使用透明度测试的物体可以正确地向其他物体投向阴影

效果图：

问题：

效果“极端”，要么不透明，要么完全透明
边缘处往往参差不齐有锯齿

8.4 透明度混合

使用当前片元透明度作为混合因子，与颜色缓冲中的颜色进行混合。但是需要关闭深度写入，因此需非常小心物体的渲染顺序

我们需要使用 Unity 提供的混合命令——Blend

我们会使用第二种语义。Unity 在我们使用 Blend 命令时会自动打开混合模式

混合公式为：

$DstColor_{new}=SrcFactor\times SrcColor+DstFactor\times DstColor_{old}$

在 Shader 中这样使用

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

SrcAlpha：源颜色的透明度（0-1），将它作为 SrcFactor，设为命令的第一个参数
OneMinusSrcAlpha：1 减源颜色的透明度，将它作为 DstFactor，设为命令的第二个参数

混合得到最终颜色的公式：

$DstColor_{new}=SrcAlpha\times SrcColor+(1-SrcAlpha)\times DstColor_{old}$

实现步骤：

老 4 步
场景中建立方体，将材质赋给它。创建一个平面，移到立方体下面
Shader 代码，将 8.3 节的 Shader 代码全部粘贴过去，只需要稍作修改即可：源码
- Properties 语义块
  - _AlphaScale：替代原来的 _Cutoff，在透明纹理的基础上控制整体透明度
- Pass 中修改和属性对应的变量
- 修改 SubShader 标签
  - Queue 标签指定渲染队列名为 Transparent
  - RenderType 标签可让 Unity 把这个 Shader 归入到提前定义的组（Transparent），以指明该 Shader 是一个使用了透明度混合的 Shader
  - IgnoreProjector 设为 True，意味着这个 Shader 不受投影器的影响
  - 通常使用了透明度混合的 Shader 都应设置上面 3 个标签
- 在 Pass 中为透明度混合设置合适的混合状态
  - ZWrite Off：关闭深度写入（透明度混合必须关闭）
  - 混合因子：
    - 将源颜色的混合因子（第一个参数）设为 SrcAlpha
    - 将目标颜色的混合因子（第二个参数）设为 OneMinusSrcAlpha
- 顶点着色器不变
- 修改片元着色器
  - 移除了透明度测试代码
  - 将返回值中的透明通道，设为纹素的透明通道和材质参数 _AlphaScale 的乘积
- 修改 Fallback

效果

关闭深度写入，我们就无法对模型进行像素级别的深度排序，从而带来各种问题，像下图

分割网格听起来可行，但往往不切实际。这时我们可以想办法重新利用深度写入，来解决这些问题

8.5 开启深度写入的半透明效果

8.4 最后的渲染问题，一种解决方法是使用两个 PASS来渲染：

第一个 PASS 开启深度写入，但不输出颜色，目的仅仅为了将模型的深度值写入深度缓存中
第二个 PASS 进行正常的透明度混合，由于上一个 PASS 已经得到逐像素正确的深度信息，这个 PASS 就可以按照像素级别的深度排序结果来进行透明渲染

缺点：多使用一个 PASS 会对性能造成影响

步骤：

老 4 步
建立方体，将材质赋给它。建平面，移动立方体下面
Shader 代码，将 8.4 的 Shader 代码全粘贴过去，稍微修改一下：源码
- 在原 PASS 上增加一个 PASS
  - 新增的 PASS 的目的上面已经讲过，用来剔除模型中被自身遮挡的片元
  - 该 PASS 中的第二行使用了一个新的渲染命令——ColorMask，它用于设置颜色通道的写掩码（write mask）。语义如下：
    
    ColorMask RGB | A | 0 | 其他任何 RGBA 的组合
    - 当 ColorMask 设为 0 时，意味着该 PASS 不写入任何颜色通道，即不会输出任何颜色