前言
在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，透明度混合（AlphaBlend）是一種常用的技術(shù)烦味，用于實(shí)現(xiàn)透明效果。透明度混合允許將半透明物體與場(chǎng)景進(jìn)行混合柏靶，以產(chǎn)生逼真的視覺(jué)效果溃论。在Unity中，通過(guò)編寫(xiě)Shader可以實(shí)現(xiàn)透明度混合效果炬转，本篇博客將介紹如何在Unity中使用Shader實(shí)現(xiàn)透明度混合效果。
一扼劈、什么是透明度混合？
- 透明度混合原理
透明度混合（Alpha blending）是一種圖形渲染技術(shù)荐吵，用于在渲染半透明物體時(shí)將其顏色與背景進(jìn)行混合，從而產(chǎn)生透明效果沐旨。在透明度混合中榨婆，每個(gè)像素的輸出顏色是由物體顏色和背景顏色按照一定比例混合而成，這一比例通常由物體的透明度值（Alpha值）來(lái)控制谊迄。
透明度混合的工作原理是將半透明物體的顏色與場(chǎng)景中已經(jīng)存在的顏色進(jìn)行混合烟央，從而實(shí)現(xiàn)透明效果。在渲染過(guò)程中粮呢，透明度混合通常涉及兩個(gè)關(guān)鍵步驟：關(guān)閉深度寫(xiě)入和設(shè)置混合模式钞艇。
- 透明度混合優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
實(shí)現(xiàn)透明效果： 透明度混合可以有效地模擬透明物體的視覺(jué)效果，使其能夠與背景進(jìn)行逼真的混合挺物，從而呈現(xiàn)出真實(shí)的透明感飘弧。
增加場(chǎng)景細(xì)節(jié)： 通過(guò)透明度混合，可以在場(chǎng)景中添加半透明的物體痴昧，如玻璃冠王、水面等，從而增加場(chǎng)景的豐富程度和細(xì)節(jié)感扣囊。
增強(qiáng)視覺(jué)效果： 透明度混合可以用于創(chuàng)建視覺(jué)效果侵歇，如煙霧、光線(xiàn)透射等惕虑，使場(chǎng)景更加生動(dòng)和引人注目磨镶。
缺點(diǎn)：
性能開(kāi)銷(xiāo)： 透明度混合需要對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行混合計(jì)算，這可能會(huì)增加渲染的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)伟叛，尤其是在有大量透明物體的場(chǎng)景中脐嫂。
深度排序問(wèn)題： 當(dāng)存在多個(gè)半透明物體時(shí)，需要對(duì)它們進(jìn)行正確的深度排序以避免渲染順序錯(cuò)誤導(dǎo)致的混合錯(cuò)誤侥蒙。這一過(guò)程可能會(huì)增加開(kāi)發(fā)復(fù)雜度并影響渲染性能鞭衩。
圖像質(zhì)量損失： 透明度混合可能導(dǎo)致圖像質(zhì)量損失，特別是在有大量透明物體重疊的情況下论衍，可能會(huì)出現(xiàn)顏色混合不均勻聚磺、邊緣虛化等問(wèn)題，影響視覺(jué)效果
-
紋理圖
image.png
二捂人、使用步驟
- Shader 屬性定義
// 定義屬性
Properties {
//主紋理貼圖
_MainTex("Main Texture", 2 D) = "white" {}
// 漫反射顏色屬性滥搭，默認(rèn)白色
_Diffuse("Diffuse Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
// 透明度閾值
_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1))=1
}
- SubShader 設(shè)置
SubShader
{
Tags
{
"Queue" = "Transparent" // 渲染隊(duì)列為AlphaTest
"IgnoreProjector" = "True" // 忽略投影
"RenderType"="Transparent"
}
LOD 100 // 細(xì)節(jié)級(jí)別
//關(guān)閉深度寫(xiě)入
ZWrite Off
//開(kāi)啟混合
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
}
這段代碼定義了一個(gè)透明材質(zhì)的SubShader捣鲸，其中設(shè)置了渲染隊(duì)列為AlphaTest，忽略投影愁溜，使用了透明渲染類(lèi)型疾嗅，并關(guān)閉了深度寫(xiě)入并開(kāi)啟了混合
- 渲染 Pass
Pass
{
Tags
{
"LightMode"="ForwardBase"
}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
// 包含Unity CG庫(kù)
#include "UnityCG.cginc"
// 包含光照CG庫(kù)
#include "Lighting.cginc"
// 漫反射顏色屬性
fixed4 _Diffuse;
// Alpha閾值
float _AlphaScale;
// 主紋理貼圖
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
}
這里開(kāi)始了渲染 Pass 部分代承。在這里渐扮，我們使用了 CGPROGRAM 指令來(lái)聲明頂點(diǎn)著色器和片元著色器函數(shù)。#pragma vertex vert 和 #pragma fragment frag 分別指定了頂點(diǎn)著色器函數(shù)和片元著色器函數(shù)的名稱(chēng)膀估。
然后耻讽，我們包含了 UnityCG.cginc 和 Lighting.cginc针肥，它們提供了許多有用的函數(shù)和宏，用于簡(jiǎn)化編寫(xiě) Shader祖驱。
- 定義結(jié)構(gòu)體和頂點(diǎn)著色器函數(shù)
// 定義結(jié)構(gòu)體：從頂點(diǎn)到片段的數(shù)據(jù)傳遞
struct v2f {
float4 vertex: SV_POSITION; // 頂點(diǎn)位置
fixed3 worldNormal: TEXCOORD0; // 世界空間法線(xiàn)
fixed3 worldPos: TEXCOORD1; // 世界空間位置
float2 uv: TEXCOORD2; // 紋理坐標(biāo)
};
// 頂點(diǎn)著色器函數(shù)
v2f vert(appdata_base v) {
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // 頂點(diǎn)位置變換到裁剪空間
fixed3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal); // 世界空間法線(xiàn)
o.worldNormal = worldNormal;
// 讓外部的屬性可以影響到uv
//o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
// 簡(jiǎn)化uv計(jì)算函數(shù)
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
return o;
}
這個(gè)頂點(diǎn)函數(shù)的主要功能是將輸入的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)從對(duì)象空間轉(zhuǎn)換到裁剪空間捺僻，并為后續(xù)的渲染過(guò)程提供必要的信息，包括裁剪空間中的頂點(diǎn)位置束昵、世界空間中的法線(xiàn)葛峻、紋理坐標(biāo)以及頂點(diǎn)的世界空間位置。
- 片元著色器函數(shù)
// 片元著色器函數(shù)
fixed4 frag(v2f i): SV_Target {
// 獲取環(huán)境光
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
// 紋理采樣
fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
// 漫反射
// 獲取光源方向
//fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
// 簡(jiǎn)化獲取光源方向
fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * texColor.rgb * _Diffuse.rgb * (dot(worldLightDir, i.worldNormal) *
0.5 + 0.5);
// 組合最終顏色
fixed3 color = diffuse + ambient;
return fixed4(color, texColor.a * _AlphaScale); // 輸出顏色
}
這段代碼是一個(gè)片元著色器函數(shù)礁遵，負(fù)責(zé)計(jì)算每個(gè)像素的最終顏色輸出佣耐。首先，從環(huán)境光中獲取基礎(chǔ)顏色值兼砖。然后，從_MainTex紋理中采樣顏色值懒叛。接著耽梅，計(jì)算漫反射部分，通過(guò)獲取光源方向和表面法線(xiàn)的點(diǎn)積來(lái)模擬光照對(duì)表面的影響拆檬。最后妥凳，將漫反射顏色和環(huán)境光顏色相加答捕，乘以紋理的alpha值，并返回作為輸出顏色拱镐。
三、效果
四哗咆、總結(jié)
Unity 中的透明度混合（Alpha Blend）是一種常用的圖形渲染技術(shù)晌柬，它允許將半透明的對(duì)象與場(chǎng)景中的其他對(duì)象進(jìn)行混合郭脂，以創(chuàng)建逼真的圖形效果。以下是關(guān)于 Unity 中透明度混合的總結(jié)：
基本概念：
透明度混合是指將具有不同透明度的像素合成到最終圖像中的過(guò)程展鸡。
透明度（Alpha）通常表示物體的不透明度，值從 0（完全透明）到 1（完全不透明）涤久。
混合模式：
Unity 支持多種混合模式忍弛，包括透明度混合（Alpha Blend）、加法混合（Additive Blend）栓拜、乘法混合（Multiplicative Blend）等。
在透明度混合中挑势，新像素的顏色將與背景像素的顏色根據(jù)其 Alpha 值進(jìn)行插值計(jì)算啦鸣，產(chǎn)生最終的顏色。
透明度排序：
在使用透明度混合時(shí)诫给，需要正確地排序渲染順序，以確保透明對(duì)象正確地疊加在不透明對(duì)象之上凫碌。
Unity 中可通過(guò)設(shè)置渲染順序（Sorting Order）或手動(dòng)控制渲染隊(duì)列（Rendering Queue）來(lái)實(shí)現(xiàn)透明度排序胃榕。
性能考慮：
透明度混合可能會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生一定影響，特別是在移動(dòng)設(shè)備上苦掘。
過(guò)度使用透明度混合可能導(dǎo)致額外的 GPU 開(kāi)銷(xiāo)楔壤，降低渲染性能。
材質(zhì)設(shè)置：
在 Unity 中蹲嚣，可以通過(guò)調(diào)整材質(zhì)的 Shader 來(lái)控制透明度混合效果。
內(nèi)置的 Standard Shader 和 Universal Render Pipeline（URP）中的 Lit Shader 都支持透明度混合泣矛。
透明度剔除：
透明度剔除（Alpha Cutoff）是一種優(yōu)化技術(shù)您朽，可以根據(jù)像素的 Alpha 值進(jìn)行丟棄换淆，以減少不必要的像素處理。
透明度剔除常用于處理帶有透明部分的紋理讯屈，如樹(shù)葉或草地县习。
總的來(lái)說(shuō)谆趾，透明度混合是 Unity 中實(shí)現(xiàn)半透明效果的重要技術(shù)之一沪蓬，合理使用并結(jié)合透明度排序和性能優(yōu)化技巧来候，可以有效地創(chuàng)建逼真的圖形效果，并確保良好的性能表現(xiàn)营搅。
