【Unity3D】固定管线着色器二

1 前言

        固定管线着色器一 中介绍了 Shader 中外部属性、光照、贴图等基础用法，本文将进一步讲解固定管线着色器，介绍正面与反面剔除、Alpha 测试、深度测试、混合、渲染队列等用法。渲染管线相关理论知识详见→渲染管线。

2 正面与反面剔除

        正面是指模型的表面，反面是指模型的内壁，一般而言，Unity3D 只绘制模型表面，不绘制模型内壁。通过正面（Cull Front）与反面剔除（Cull Back），能够实现正面和反面独立绘制。

        FixedShader.shader

Shader "MyShader/ShaderTest"
{
	Properties
	{
		// 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值
		_FrontColor ("正面颜色", Color) = (1, 0, 0, 1)
		_BackColor ("反面颜色", Color) = (0, 1, 0, 1)
	}
 
	SubShader
	{
		Pass
		{
			Lighting On // 开启顶点光照
			Cull Back // 剔除背面, 渲染正面
			Material
			{
				Diffuse[_FrontColor] // 漫反射光颜色
			}
		}

		Pass
		{
			Lighting On // 开启顶点光照
			Cull Front // 剔除背面, 渲染正面
			Material
			{
				Diffuse[_BackColor] // 漫反射光颜色
			}
		}
	}
 
	Fallback "Diffuse"
}

        在 Assets 窗口创建 Material，选中创建的 Material，在 Inspector 窗口创建的 Shader，如下：

         新建 2 个 Plane 对象，将 MaterialTest 拖拽到其中一个 Plane 对象上，另一个作为对比，效果如下：

3 Alpha 测试

        检查像素的 Alpha 值，只有 Alpha 值满足条件的像素才会进行绘制 。渲染管线 第 7 节详细介绍了 Alpha 测试。

        FixedShader.shader

Shader "MyShader/ShaderTest"
{
	Properties
	{
		// 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值
		_AlphaThreshold ("Alpha阈值", Range(0, 1)) = 0.5
		_Texture2D ("2阶贴图", 2D) = "white" {}
	}
 
	SubShader
	{
		Pass
		{
			// Always Never Greater Less Equal GEqual LEqual NotEqual
			AlphaTest Greater [_AlphaThreshold] // 像素alpha值大于_AlphaThreshold才绘制, 否则不绘制
			SetTexture[_Texture2D]
			{
				Combine Texture
			}
		}
	}
 
	Fallback "Diffuse"
}

        选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口调整 Alpha 阈值，显示效果如下：

4 深度测试

        在深度缓冲区中为每个像素保存了一个 “深度值”（顶点到相机的距离），当像素需要进行深度测试时，将缓冲区中深度值与该像素的深度值进行比较，符合条件的通过测试，并覆盖缓冲区中深度值，不符合条件的则被丢弃，不进行绘制  。渲染管线 第 7 节详细介绍了深度测试。

        FixedShader.shader

Shader "MyShader/ShaderTest"
{
	Properties
	{
		// 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值
		_ShowColor ("显示颜色", Color) = (1, 0, 0, 1)
		_ShelterColor ("遮挡颜色", Color) = (0, 1, 0, 1)
	}
 
	SubShader
	{
		Pass
		{
			// Always Never Greater Less Equal GEqual LEqual NotEqual
			ZTest Greater // 大于或等于当前深度才通过深度测试, 绘制像素, 否则不绘制
			ZWrite Off // 关闭深度缓存
			Lighting On // 开启顶点光照
			Material
			{
				Diffuse[_ShelterColor] // 被遮挡时渲染绿色
			}
		}

		Pass
		{
			ZTest LEqual // 小于当前深度才通过深度测试, 绘制像素, 否则不绘制
			Lighting On // 开启顶点光照
			Material
			{
				Diffuse[_ShowColor] // 没被遮挡时渲染红色
			}
		}
	}
 
	Fallback "Diffuse"
}

        选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口调整显示颜色和遮挡颜色，并将该 Material 拖拽到一个 Cube 对象上，再新建一个 Sphere 对象，用于遮挡 Cube，显示效果如下：

5 混合

        在物体遮挡场景下，未开启混合时，前面的物体会遮住后面物体；开启混合后，根据物体的色光三元色和透明度进行混合。 读者可以在Visual glBlendFunc + glBlendEquation Tool 网站查看不同混合设置的混合效果。渲染管线 第 8 节详细介绍了混合。

Blend On | Off // 开启/关闭混合
Blend SrcFactor DstFactor // 配置源像素混合因子和目标像素混合因子
Blend SrcFactor DstFactor,SrcFactorA DstFactorA // 配置源像素混合因子和目标像素混合因子, RGB和Alpha通道分开配置
BlendOp Add | Min | Max | Sub | RevSub // 配置混合关系: 相加混合、取最小值混合、取最大值混合、相减混合(src-dst)、反减混合(dst-src)

         混合因子如下：

// 源颜色为: (sR, sG, sB, sA), 目标颜色为: (dR, dG, dB, dA)
Zero // (0, 0, 0, 0)
One // (1, 1, 1, 1)
SrcColor // (sR, sG, sB, sA)
DstColor // (dR, dG, dB, dA)
OneMinusSrcColor // (1, 1, 1, 1) - (sR, sG, sB, sA)
OneMinusDstColor // (1, 1, 1, 1) - (dR, dG, dB, dA)
SrcAlpha // (1, 1, 1, 1) * sA
DstAlpha // (1, 1, 1, 1) * dA
OneMinusSrcAlpha // (1, 1, 1, 1) * (1-sA)
OneMinusDstAlpha // (1, 1, 1, 1) * (1-dA)
SrcAlphaStaturate // (1, 1, 1, 1) * min(sA, 1-dA)

        FixedShader.shader

Shader "MyShader/ShaderTest"
{
	Properties
	{
		// 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值
		_DiffuseColor ("漫反射颜色", Color) = (0, 1, 0, 0.5)
	}
 
	SubShader
	{
		Pass
		{
			Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 透明混合
			Lighting On // 开启顶点光照
			Material
			{
				Diffuse[_DiffuseColor] // 漫反射颜色
			}
		}
	}
 
	Fallback "Diffuse"
}

        选中绑定的 Material，在 Inspector 窗口调整显示颜色，并将该 Material 拖拽到一个 Sphere 对象上，再新建一个 Cube 对象，作为混合背景，显示效果如下：

6 渲染队列

        在关闭深度测试后，所有像素点都会通过深度测试，都会进行绘制，这时就不存在深度概念，不管后绘制的物体在先绘制的物体的前面还是后面，后绘制的物体都会遮挡先绘制的物体。在 Shader 中，用户可以通过如下方式指定物体的渲染顺序：

Tags
{
	// Background(1000, 后台)、Geometry(2000, 几何体, 默认)、Transparent(3000, 透明)、Overlay(4000, 覆盖)
    "Queue"="Background" // 渲染顺序为1000, 值越小越先绘制
    // "Queue"="Transparent+" // 渲染顺序为3005, 值越小越先绘制(加号两边不要加空格)
}

        FixedShader_Cube.shader

Shader "MyShader/ShaderTest_Cube"
{
	Properties
	{
		// 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值
		_DiffuseColor ("漫反射颜色", Color) = (1, 0, 0, 1)
	}
 
	SubShader
	{
		Tags
		{
			// Background(1000, 后台)、Geometry(2000, 几何体, 默认)、Transparent(3000, 透明)、Overlay(4000, 覆盖)
			"Queue"="Transparent" // 渲染队列
		}
		Pass
		{
			ZTest Off // 关闭深度测试
			Lighting On // 开启顶点光照
			Material
			{
				Diffuse[_DiffuseColor] // 漫反射颜色
			}
		}
	}
 
	Fallback "Diffuse"
}

        将 FixedShader_Cube.shader 绑定的 Material 拖拽到 Cube 游戏对象上。

        FixedShader_Sphere.shader

Shader "MyShader/ShaderTest_Sphere"
{
	Properties
	{
		// 属性名 ("面板显示名称", 类型) = 默认值
		_DiffuseColor ("漫反射颜色", Color) = (0, 1, 0, 1)
	}
 
	SubShader
	{
		Tags
		{
			// Background(1000, 后台)、Geometry(2000, 几何体, 默认)、Transparent(3000, 透明)、Overlay(4000, 覆盖)
			"Queue"="Background" // 渲染队列
		}
		Pass
		{
			ZTest Off // 关闭深度测试
			Lighting On // 开启顶点光照
			Material
			{
				Diffuse[_DiffuseColor] // 漫反射颜色
			}
		}
	}
 
	Fallback "Diffuse"
}

        将 FixedShader_Sphere.shader 绑定的 Material 拖拽到 Sphere 游戏对象上。 

        运行效果如下：