Unity中Shader实现模板测试Stencil

文章目录

  • 前言
  • 一、UI中的遮罩
    • 1、Mask ——> 模板测试
    • 2、RectMask2D ——> UNITY_UI_CLIP_RECT
  • 二、模板缓冲区Stencil一般是和Pass平行的部分,Pass部分写的是颜色缓冲区
    • Stencil:
    • Comp(比较操作)
    • Pass(模版缓冲区的更新)
  • 三、实际使用
    • 1、在使用模板缓冲区前,需要如下图设置一个遮罩图层
    • 2、设置完后,在内层的Image使用的材质的Shader中添加如下代码,即可实现只在有遮罩的部分,渲染后渲染的部分
  • 四、让实现的模板测试更加方便自定义
    • 1、在属性面板暴露一个int类型,提供给 Ref 使用
    • 2、在属性面板暴露一个int类型,提供给 Comp 使用,并且设置成Unity内置的几个枚举类型[Enum(UnityEngine.Rendering.CompareFunction)]
    • 3、在属性面板暴露一个int类型,提供给 Pass 使用,并且设置成Unity内置的几个枚举类型[Enum(UnityEngine.Rendering.StencilOp)]
    • 4、最终测试代码


前言

Unity中Shader实现模板测试


组件中的Mask
Unity中Shader实现模板测试Stencil_第1张图片
Mask 和 Rect Mask 2D 是UI中的Mask
Sprite Mask 是精灵中的Mask

一、UI中的遮罩

1、Mask ——> 模板测试

2、RectMask2D ——> UNITY_UI_CLIP_RECT


二、模板缓冲区Stencil一般是和Pass平行的部分,Pass部分写的是颜色缓冲区

Stencil:

模板缓冲区(StencilBuffer)可以为屏幕上的每个像素点保存一个无符号整数值,这个值的具体意义视程序的具体应用而定.在渲染的过程中,可以用这个值与一个预先设定的参考值相比较,根据比较的结果来决定是否更新相应的像素点的颜色值.这个比较的过程被称为模板测试.
将StencilBuffer的值与ReadMask与运算,然后与Ref值进行Comp比较,结果为true时进行Pass操作,否则进行Fail操作,操作值写入StencilBuffer前先与WriteMask与运算.

模版缓冲中的默认值为:0
公式:(Ref & ReadMask) Comp (StencilBufferValue & ReadMask)
一般读取掩码ReadMask都是默认的,不做修改
Stencil
{
Ref [_Stencil]
ReadMask [_StencilReadMask]
WriteMask [_StencilWriteMask]
Comp [_StencilComp] ((UnityEngine.Rendering.CompareFunction))
Pass [_StencilOp] (UnityEngine.Rendering.StencilOp)
Fail [_Fail]
ZFail [_ZFail]
}

Ref: 设定的参考值,这个值将用来与模板缓冲中的值进行比较.取值范围位为0-255的整数.
ReadMask: ReadMask的值将和Ref的值以及模板缓冲中的值进行按位与(&)操作,取值范围也是0-255的整数,默认值为255(二进制位11111111),即读取的时候不对Ref的值和模板缓冲中的值产生修改,读取的还是原始值.
WriteMask: WriteMask的值是当写入模板缓冲时进行的按位与操作,取值范围是0-255的整数,默认值也是255,即不做任何修改.
Comp: 定义Ref与模板缓冲中的值比较的操作函数,默认值为always.
Pass: 当模板测试(和深度测试)通过时,则根据(stencilOperation值)对模板缓冲值进行处理,默认值为keep.
Fail: 当模板测试(和深度测试)失败时,则根据(stencilOperation值)对模板缓冲值进行处理,默认值为keep.
ZFail: 当模板测试通过而深度测试失败时,则根据(stencilOperation值)对模板缓冲值进行处理,默认值为keep

Comp(比较操作)

Less: 相当于“<”操作,即仅当左边<右边,模板测试通过,渲染像素.
Greater: 相当于“>”操作,即仅当左边>右边,模板测试通过,渲染像素.
Lequal: 相当于“<=”操作,即仅当左边<=右边,模板测试通过,渲染像素.
Gequal: 相当于“>=”操作,即仅当左边>=右边,模板测试通过,渲染像素.
Equal: 相当于“=”操作,即仅当左边=右边,模板测试通过,渲染像素.
NotEqual: 相当于“!=”操作,即仅当左边!=右边,模板测试通过,渲染像素.
Always: 不管公式两边为何值,模板测试总是通过,渲染像素.
Never: 不管公式两边为何值,模板测试总是失败 ,像素被抛弃.

Pass(模版缓冲区的更新)

Keep: 保留当前缓冲中的内容,即stencilBufferValue不变.
Zero: 将0写入缓冲,即stencilBufferValue值变为0.
Replace: 将参考值写入缓冲,即将referenceValue赋值给stencilBufferValue.
IncrSat: 将当前模板缓冲值加1,如果stencilBufferValue超过255了,那么保留为255,即不大于255.
DecrSat: 将当前模板缓冲值减1,如果stencilBufferValue超过为0,那么保留为0,即不小于0.
NotEqual: 相当于“!=”操作,即仅当左边!=右边,模板测试通过,渲染像素.
Invert: 将当前模板缓冲值(stencilBufferValue)按位取反.
IncrWrap: 当前缓冲的值加1,如果缓冲值超过255了,那么变成0,(然后继续自增).
DecrWrap: 当前缓冲的值减1,如果缓冲值已经为0,那么变成255,(然后继续自减).


三、实际使用

1、在使用模板缓冲区前,需要如下图设置一个遮罩图层

Unity中Shader实现模板测试Stencil_第2张图片

2、设置完后,在内层的Image使用的材质的Shader中添加如下代码,即可实现只在有遮罩的部分,渲染后渲染的部分

在这里插入图片描述

Stencil
{
Ref 1
//ReadMask [_StencilReadMask]
//WriteMask [_StencilWriteMask]
Comp Equal
Pass Keep
//Fail [_Fail]
//ZFail [_ZFail]
}

这里的 Stencil Id:1 对应的是Shader中的 Ref 1。
Comp使用Equal,则是用模板缓冲区的值于 Ref 的值相比
Pass使用Keep,则是比较通过的值,保存缓冲区中的值

测试代码:

Shader"MyShader/P1_1_6"
{
    Properties
    {
        //命名要按标准来,这个属性才可以和Unity组件中的属性产生关联
        //比如说,在更改 Image 的源图片时,同时更改这个
        [PerRendererData]_MainTex("MainTex",2D) = "white"{}
       
    }
    
    SubShader
    {
        //更改渲染队列(UI的渲染队列一般是半透明层的)
        Tags {"Queue" = "TransParent"}
        //混合模式
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
        
        Stencil
         {
            Ref 1
            //ReadMask [_StencilReadMask]
            //WriteMask [_StencilWriteMask]
            Comp Equal
            Pass Keep
            //Fail [_Fail]
            //ZFail [_ZFail]
        }
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex  vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            //存储 应用程序输入到顶点着色器的信息
            struct appdata
            {
                //顶点信息
                float4 vertex:POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD;
                //这里定义一个语义为Color的4维向量,用于传入顶点颜色,设置语义为COLOR后,这个变量就会与顶点颜色对应
                fixed4 color:COLOR;
            };
            //存储 顶点着色器输入到片元着色器的信息
            struct v2f
            {
                //裁剪空间下的位置信息(SV_POSITION是必须的)
                float4 pos:SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD;
                //这里的语义主要代表精度不同,TEXCOORD 在这里只是代表高精度
                fixed4 color : TEXCOORD1;
            };
            
            sampler2D _MainTex;
            fixed4 _Color;
            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                //把顶点信息转化到裁剪坐标下
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                o.color = v.color;
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 mainTex = tex2D(_MainTex,i.uv);
                return  mainTex * i.color;
            }
            
            ENDCG
        }
    }
}

效果:

四、让实现的模板测试更加方便自定义

1、在属性面板暴露一个int类型,提供给 Ref 使用

_Ref(“Stencil Ref”,int) = 0

2、在属性面板暴露一个int类型,提供给 Comp 使用,并且设置成Unity内置的几个枚举类型[Enum(UnityEngine.Rendering.CompareFunction)]

[Enum(UnityEngine.Rendering.CompareFunction)]_StencilComp(“Stencil Comp”,int) = 0

3、在属性面板暴露一个int类型,提供给 Pass 使用,并且设置成Unity内置的几个枚举类型[Enum(UnityEngine.Rendering.StencilOp)]

[Enum(UnityEngine.Rendering.StencilOp)]_StencilOp(“Stencil Op”,int) = 0

4、最终测试代码

Shader"MyShader/P1_1_6"
{
    Properties
    {
        //命名要按标准来,这个属性才可以和Unity组件中的属性产生关联
        //比如说,在更改 Image 的源图片时,同时更改这个
        [PerRendererData]_MainTex("MainTex",2D) = "white"{}
        //暴露一个变量来供模板测试中 Ref 使用
        _Ref("Stencil Ref",int) = 0
        //暴露一个变量来供模板测试中 Comp 使用
        [Enum(UnityEngine.Rendering.CompareFunction)]_StencilComp("Stencil Comp",int) = 0
        
        [Enum(UnityEngine.Rendering.StencilOp)]_StencilOp("Stencil Op",int) = 0
    }
    
    SubShader
    {
        //更改渲染队列(UI的渲染队列一般是半透明层的)
        Tags {"Queue" = "TransParent"}
        //混合模式
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
        
        Stencil
        {
            Ref [_Ref]
            //以下两个属性一般不做修改
            //ReadMask [_StencilReadMask]
            //WriteMask [_StencilWriteMask]
            Comp [_StencilComp]
            Pass [_StencilOp]
            //Fail [_Fail]
            //ZFail [_ZFail]
        }
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex  vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
            //存储 应用程序输入到顶点着色器的信息
            struct appdata
            {
                //顶点信息
                float4 vertex:POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD;
                //这里定义一个语义为Color的4维向量,用于传入顶点颜色,设置语义为COLOR后,这个变量就会与顶点颜色对应
                fixed4 color:COLOR;
            };
            //存储 顶点着色器输入到片元着色器的信息
            struct v2f
            {
                //裁剪空间下的位置信息(SV_POSITION是必须的)
                float4 pos:SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD;
                //这里的语义主要代表精度不同,TEXCOORD 在这里只是代表高精度
                fixed4 color : TEXCOORD1;
            };
            
            sampler2D _MainTex;
            fixed4 _Color;
            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                //把顶点信息转化到裁剪坐标下
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                o.color = v.color;
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 mainTex = tex2D(_MainTex,i.uv);
                return  mainTex * i.color;
            }
            
            ENDCG
        }
    }
}

效果:
Unity中Shader实现模板测试Stencil_第3张图片

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