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UnityShader半透明物体问题

发表于 分类于 Valine：

为了写一个半透明物体的shader，有以下几点基础要求：

  1. 更近的不透明物体要挡住透明物体。因此透明物体需要深度测试来决定是否渲染。
  2. 透明物体不能挡住透明物体。因此透明物体之间不能进行深度测试来剔除渲染，即透明物体不能写入深度。 开启深度写入，透明物体错误地挡住透明物体
  3. 既然不能写入深度，不透明物体与透明物体之间的渲染顺序就十分关键。如果更远的不透明物体晚一点渲染，其会不合理地挡住更近的透明物体(因为透明物体没有写入深度值)。因此需要分离渲染顺序队列。
  4. 透明物体之间的顺序问题。当然Unity也知道顺序很关键，由于没有fragment-level的顺序信息，因此unity会对透明物体按object-level从远到近排序，再进行渲染。这通常没有问题，但是当两个透明物体的深度是交叉的时候就会产生错误。因此理想解决方案是顺序无关透明（order independent transparency, OIT），即逐像素排序。 透明物体之间的渲染顺序错误。交叉地带应该由A覆盖B，实际上由于B的中心点更近，因此其所有fragment都在A之后渲染，导致B错误的覆盖A。

总之，一个寻常的半透明shader，通常要设置渲染队列，关闭深度写入，开启透明混合，如下所示：

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SubShader
{
    Tags 
    { 
        "Queue"="Transparent" 
        "IgnoreProjector"="True" 
        "RenderType"="Transparent"
    }

    Pass
    {
        Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
        ZWrite Off //关闭深度写入
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha //设置Blend模式

        CGPROGRAM
        ...
        ENDCG
    }
}
寻常的透明效果。透明的knot中间包含了一个不透明的球

效果如上图所示，然而其中依然存在着一些问题:

  1. 非凸网格的自我遮挡问题(同上第4点，即透明物体的fragment-level顺序问题)。由于我们对这个shader关闭了深度写入，因此knot上前后自遮挡的几个透明fragment会产生渲染顺序问题(注意这里不是背面和正面的顺序关系，遮挡的几个fragment都是knot的正面)。这里可以选择优化分割网格，使其成为不自遮挡的凸网格。
  2. 双面渲染问题，我们看不到透明物体的背面。因为Unity默认将背对摄像机的面剔除了。然而这是不合理的，哪有透明物体对自己反而不透明的道理。因此我们需要关闭背面剔除 Cull Off。而同时渲染背面和正面之后，又会回到自我穿插问题，即由于没有顺序关系，背面可能挡住正面。

自我遮挡问题可以通过切分网格解决，但是更寻常的双面渲染问题还是需要shader进行解决。由于核心问题是让背面比正面更早渲染，因此可以使用两个Pass，前面的Pass Cull Front渲染背面，后面的Pass Cull Back渲染正面。

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SubShader
{
    Tags 
    { 
        "Queue"="Transparent" 
        "IgnoreProjector"="True" 
        "RenderType"="Transparent"
    }
    ...
    Pass
    {
        Cull Front
        Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
        ZWrite Off //关闭深度写入
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha //设置Blend模式
        CGPROGRAM
        ...
        ENDCG
    }

    Pass
    {
        Cull Back
        Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
        ZWrite Off //关闭深度写入
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha //设置Blend模式
        CGPROGRAM
        ...
        ENDCG
    }
}