渲染管线

渲染管线

Scissor Test

在OpengGl中通过如下方法设置裁剪

//设置裁剪矩形的位置和大小

void glScissor (GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsizei height);

Alpha Test

使用fragment程序时ShaderLab Alpha Test命令无效，用cg clip函数来处理。

Shader实例

树透明区域丢弃掉。

clip函数

void clip(float4 x)
{
  if (any(x < 0))
    discard;
}

Shader "Unlit/Clip"
{
	Properties
	{
		_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
		_CutOff("CutOff",Range(0,1)) = 0.5
	}
	SubShader
	{
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 100

		Pass
		{
			CGPROGRAM
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag

			#include "UnityCG.cginc"

			struct appdata
			{
				float4 vertex : POSITION;
				float2 uv : TEXCOORD0;
			};

			struct v2f
			{
				float2 uv : TEXCOORD0;

				float4 vertex : SV_POSITION;
			};

			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			
			v2f vert (appdata v)
			{
				v2f o;
				o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
				return o;
			}
			
			float _CutOff;

			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
			{
				fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
				clip(col.a-_CutOff);
				return col;
			}
			ENDCG
		}
	}
}

模板测试 Stencil Test

stencil是印刷业中的版面模子，模子上抠出需要的图案，然后将模子盖在要被印刷的材质上，对抠出的洞涂颜色就可以了。

如果将屏幕上所有像素初始为0，那么stencil buffer的作用就是将某些0变为特定值1，2，3…255，每个pass之前可以决定只渲染某个特定stencil值的像素并抛弃其他像素，就像一块模板一样屏蔽所有其他非该stencil值的像素区域，只对当前stencil值的像素进行操作。

Stencil Test语法如下:

stencil{

    Ref referenceValue 
	
    ReadMask  readMask 
	
    WriteMask writeMask 

    Comp comparisonFunction 
	
    Pass stencilOperation 
	
    Fail stencilOperation 
	
    ZFail stencilOperation 
}

判断依据：

if（(referenceValue&readMask) comparisonFunction (stencilBufferValue&readMask)）

通过像素

else

抛弃像素

• ReferenceValue:该值用来比较（当 Comp 设置为非always）并／或 用来写入到buffer（如果任何Pass，Fail，ZFail被设置来代替他）。为 0–255 整数.

• ReadMask:从字面意思的理解就是读遮罩，readMask将和referenceValue以及stencilBufferValue进行按位与（&）操作，readMask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referenceValue和stencilBufferValue产生效果，读取的还是原始值。

• WriteMask:一个8 bit的mask，值为0-255的整数，当写入buffer时使用。注意，和其他写掩码一样，它指定的模版缓冲（stencil buffer）会被写操作影响。（例如：WriteMask 0 意味着没有bit会受影响，而不是0值会被写入）。 默认值为: 255.

• comparisonFunction:该函数用来比较reference值和当前buffer中的内容。默认为: always.

• stencilOperation: 1、Pass：表示要做什么，当buffer内容通过了模板测试（以及深度测试）。 默认: keep.

  2、Fail：表示要做什么，当buffer的内容没有通过模板测试。 默认: keep.

  3、ZFail：表示要做什么，当buffer内容通过了模板测试，但是没通过深度测试。 默认: keep.

Shader实例

通过窗透过墙看后面的大海

//window

ZWrite Off

Stencil {
            Ref 1
            Comp always
            Pass replace
}

//wall

Stencil {
            Ref 1
            Comp NotEqual
}

//sea

Stencil {
            Ref 1
            Comp Equal
}

Depth Test

深度

由于渲染顺序的问题，远处的物体会被近处的物体，所遮挡。 远近不是物体直接到摄像机的距离，而是做摄像机朝向垂线的距离。

深度值的精度一般有16位、24位和32位float，比较常用的深度精度为24位。

深度缓存中存储着准备要绘制在屏幕上的像素点的深度值。

• ZWrite on / off : 开启写入深度缓冲/关闭写入深度缓冲，一般情况不透明的物体都会使用Zwrite on 而半透明的物体都会使用 ZWrite off 这样半透明的物体就直接比较ZTest了。

• 在深度缓冲区中包含深度值介于0.0和1.0之间.但是和z的关系一般不按线性关系处理。而是一个附近的物体是小的 z 值因此给了我们很高的深度精度，很远的给很低精读的深度值。

在深度测试中，默认情况是将要绘制的新像素的z值与深度缓冲区中对应位置的z值进行比较，如果比深度缓存中的值小，那么用新像素的颜色值更新深度缓存(Detph buffer)中对应像素的颜色值(Color buffer中)。

• ZTest 分类：当前的像素来对深度缓冲中的z值进行比较的条件。

ZTest Less：深度小于当前缓存则通过

ZTest Greater：深度大于当前缓存则通过

ZTest LEqual：深度小于等于当前缓存则通过

ZTest GEqual：深度大于等于当前缓存则通过

ZTest Equal：深度等于当前缓存则通过

ZTest NotEqual：深度不等于当前缓存则通过

ZTest Always：不论如何都通过

ZWrite和ZTest使用情况：

1.当ZWrite为On时，ZTest通过时，该像素的深度才能成功写入深度缓存，同时因为ZTest通过了，该像素的颜色值也会写入颜色缓存。

2.当ZWrite为On时，ZTest不通过时，该像素的深度不能成功写入深度缓存，同时因为ZTest不通过，该像素的颜色值不会写入颜色缓存。

3.当ZWrite为Off时，ZTest通过时，该像素的深度不能成功写入深度缓存，同时因为ZTest通过了，该像素的颜色值会写入颜色缓存。

4.当ZWrite为Off时，ZTest不通过时，该像素的深度不能成功写入深度缓存，同时因为ZTest不通过，该像素的颜色值不会写入颜色缓存。

Shader实例

1.红绿模型shader均为默认值，ZWrite默认值为On，ZTest默认值为LEqual

先渲染红色模型，再渲染绿色模型。

2.均为ZWrite默认值为On，ZTest为Always

3.均为ZWrite默认值为On，ZTest为GEqual

4.红色模型默认值，绿色模型ZWrite为Off,ZTest为GEqual

Offset

Z-fighting

下图可以看出z_eye与z_ndc并非线性关系。也就是说近平面具有非常高的精度，而远平面的精度很低。如果[-near,-far]的范围变得很大，会引起深度精度问题（Z-fighting）：远平面附近ze的小变化不会影响z_ndc值。为了最小化深度缓存精度问题，n与f的距离应该尽可能小。

多边形偏移是一个挺有用的技巧，有时会用来解决Z-fighting。z-fighting在开启深度测试时，如果两个重叠物体的深度值非常接近，两次绘制到同一个像素时，深度值相差非常小，就无法正确的辨别究竟哪一次绘制的深度值更小.那么就也会产生z-fighting。

shader 语法

Offset Factor, Units

允许您使用两个参数指定深度偏移，Factor和Units，这允许您强制将一个多边形绘制在另一个多边形上，尽管它们实际上位于相同位置。

offset = (m * factor) + (r * units)

• Factor相对于多边形的X或Y缩放最大Z斜率.
• Units缩放最小可分辨深度缓冲值。
• m是多边形的深度的斜率（在光栅化阶段计算得出）中的最大值。这句话难以理解，你只需知道，一个多边形越是与近裁剪面（near clipping plan）平行，m就越接近0。
• r是能产生在窗口坐标系的深度值中可分辨的差异的最小值，r是由具体实现OpenGL的平台指定的一个常量。

一个大于0的offset 会把模型推到离你（摄像机）更远一点的位置，相应地，一个小于0的offset 会把模型拉近。

黄色模型设置为如下值解决二个重叠模型绘制z-fighting问题：

offset -1,0

Alpha Blend

混合命令

混合操作（BlendOp）

混合因子（Blend）

Shader实例

		Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" }
		Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

blend Mode

RenderQueue

RenderQueue会改变物体被渲染的先后顺序,但是并不会改变物体的空间位置。只是针对同一个camera渲染的物体。

Tags { "Queue"="Geometry" }

需在SubShader中显示声明ZWrite Off，通知Unity我们会重写物体的渲染深度排序。

参考资料:

Per-Sample_Processing

Per-Fragment_Operations

Cg 3.1 Toolkit Documentation

Khronos glPolygonOffset

MSDN glPolygonOffset

Using Polygon Offset

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