第七章 透明效果（3）
@
1.开启深度写入的半透明效果
在上一节，我们给出了一种由于关闭深度写入而造成的错误排序情况。一种解决方法是使用两个Pass来渲染模型：
第一个Pass开启深度写入，但不输出颜色，它的目的仅仅是为了把该模型的深度值写入深度缓冲中；第二个Pass进行正常的透明度混合，由于上一个Pass已经得到了逐像素的正确的深度信息，该Pass就可以按照像素级别的深度排序结果进行透明渲染。但这种方法的缺点在于，多使用一个Pass会对性能造成一定的影响。在本节最后，我们可以得到类似下图的效果：
可以看出，使用这种方法，我们仍然可以实现模型与它后面的背景混合的效果，但模型内部之间不会有任何真正的半透明效果。
本节使用的代码和AlphaBlend几乎一样，我们只需在原来的基础上再增加一个新的Pass即可。
Properties{
_Color（"Main Tint",Color）=（1，1，1，1）
_MainTex("Main Tex",2D)="white"{}
_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1))=1
}
SunShader{
Tags{"Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transpraent"}
//Extra pass that renders to depth buffer only
Pass{
Zwrite On
ColorMaxk 0
}
Pass{
//和上一节一样的代码
}
}
Fallback"Diffuse"
这个新添加的Pass的目的仅仅是为了把模型的深度信息写入深度缓冲中，从而剔除模型中被自身遮挡的片元。因此，Pass的第一行开启了深度写入。在第二行，我们使用了一个新的渲染命令——ColorMask。在ShaderLab中，ColorMask用于设置颜色通道的写掩码（write mask）。它的语义如下：
ColorMask RGB|A|0|其它任何R、G、B、A的组合
当ColorMask设为0时，意味着该Pass不写入任何通道，即不会输出任何颜色。这正是我们需要的——该Pass只需写入深度缓存即可。
2.ShaderLab的混合命令
在前面，我们已经看到如何利用Blend命令进行混合。实际上，混合还有很多其他的用处，不仅仅是用于透明度混合。在本节里，我们将更加详细的了解混合中的细节问题。
我们首先来看一下混合时如何实现的。当片元着色器产生一个颜色的时候，可以选择与颜色缓冲中的颜色进行混合。这样一来，混合就和两个操作数有关：源颜色（source color）和目标颜色（destination color）。源颜色，我们用S表示，指的是由片元着色器产生的颜色值；目标颜色，我们用D表示，指的是从颜色缓冲中读取到的颜色值。对它们进行混合后得到的输出颜色，我们用O表示，它会重新写入到颜色缓冲中。我们需要注意的是，当我们谈及混合中的源颜色、目标颜色和输出颜色时，它们都包含了RGBA四个通道的值，而并非仅仅是RGB通道。
想要使用混合，我们必须首先开启它。在Unity中，我们使用Blend（Blend Off命令除外）命令时，除了设置混合状态外也开启了混合。但是，在其他图形API中我们是需要手动开启的。例如在OpenGl中，我们需要使用glEnable（GL_BLEND）来开启混合。但在Unity中，它已经在背后为我们做了这些工作。
2.1 混合等式和参数
前面我们提到过，混合是一个逐片元的操作，而且它是不可编程的，但却是高度可配置的。也就是说，我们可以设置混合时使用的运算操作、混合因子等来影响混合。那么，这些配置又是如何实现的呢？
现在，我们已知两个操作数：源颜色S和目标颜色D，想要得出输出颜色O就必须使用一个等式来计算。我们把这个等式称为混合等式（blend equation）。进行混合时，我们需要两个混合等式：一个用于混合RGB通道，一个用于混合A通道。当设置混合状态时，我们实际上设置的就是混合等式中的操作和因子。在默认情况下，混合等式使用的操作都是加操作（我们也可以使用其它操作），我们只需再设置一下混合因子即可。由于需要混合两个等式（分别用于混合RGB通道和A通道），每个等式有两个因子（一个用于和源颜色相乘，一个用于和目标颜色相乘），因此一共需要四个因子。下表给出了ShaderLab中设置混合因子的命令。
可以发现，第一个命令只提供了两个因子，这意味着将使用同样的混合因子来混合RGB通道和A通道，即此时SrcFactorA将等于SrcFactor，DstFactorA将等于DstFactor。下面就是使用这些因子进行加法混合时使用的混合公式：
那么，这些混合因子可以由哪些值呢？下表给出了ShaderLab支持的几种混合因子:
使用上面的指令进行设置时，RGB通道的混合因子和A通道的混合因子都是一样的，有时我们希望可以使用不同的参数混合A通道，这时就可以利用Blend SrcFactor DstFactor，SrcFactorA DstFactorA指令。例如，我们想要在混合后，输出颜色的透明度值就是源颜色的透明度，就可以使用下面的指令：
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha， One Zero
2.2 混合操作
在上面涉及的混合等式中，当把源颜色和目标颜色与它们对应的混合因子相乘后，我们都是把它们的结果加起来作为输出颜色的。那么可不可以选择不使用加法，而使用减法呢？答案是肯定的，我们可以使用ShaderLab的BlendOp BlendOperation命令，即混合操作命令。下表给出了ShaderLab中支持的混合操作。
混合操作命令通常是与混合因子命令一起工作的。但需要注意的是，当使用Min或Max混合操作时，混合因子其实是不齐任何作用的，它们仅会判断原始的源颜色和目的颜色的比较结果。
2.3 常见的混合类型
通过混合操作和混合因子命令的组合，我们可以得到一些类似Photoshop混合模式中的混合效果：
//正常（Normal），即透明度混合
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
//柔和相加（soft Additive）
Blend OneMinusDstColor One
//正片叠底（Multiply），即相乘
Blend DstColor Zero
//两倍相乘（2x Multiply）
Blend DstColor SrcColor
//变暗（Darken）
BlendOp Min
Blend One One
//变亮（Lighten）
BlendOp Max
Blend One One
//滤色（Screen）
Blend OneMinusDstColor One
//等同于
Blend One OneMinusSrcColor
//线性减淡（Linear Dodge）
Blend One One
下图给出了上面不同设置下得到的结果。
需要注意的是，虽然上面使用的Min和Max混合操作时仍然设置了混合因子，但实际上它们并不会对结果有任何影响，因为Min和Max混合操作会忽略混合因子。另一点是，虽然上面有些混合模式并没有设置混合操作的类型，但是它们默认就是使用加法操作，相当于设置了BlendOp Add。
3.双面渲染的透明效果
在现实生活中，如果一个物体是透明的，意味着我们不仅可以透过它看到其它物体的样子，也可以看到它的内部结构。但在前面实现的透明效果中，无论是透明度测试还是透明度混合，我们都无法观察到正方体内部及其背面的形状，导致物体看起来好像只有半个一样。这是因为，默认情况下，渲染引擎剔出了物体背面（相对于摄像机的方向）的渲染图元，而只渲染了物体的正面。如果我们想要得到双面渲染的效果，可以使用Cull指令来控制需要剔除哪个面的渲染图元。在Unity中，Cull指令的语法如下：
Cull Back| Front | Off
如果设置为Back，那么那些背对着摄像机的渲染图元就不会被渲染，这也是默认情况下的剔除状态；如果设置为Front，那么那些朝向摄像机的渲染图元就不会被渲染；如果设置为Off，就会关闭剔除功能，那么所有的渲染图元都会被渲染，但由于这时需要渲染的图元数目会成倍增加，因此除非是用于特殊效果，例如这里的双面渲染的透明效果，通常情况下是不会关闭剔除功能的。
3.1 透明度测试的双面渲染
我们首先来看一下，如何让使用了透明度测试的物体实现双面渲染的效果。这非常简单，只需在Pass的渲染设置中使用Cull指令来关闭剔除即可。
Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
//Turn off culling
Cull Off
}
如上所示，这行代码的作用是关闭剔除功能，是的该物体的所有渲染图元都会被渲染。由此，我们可以得到下图的效果：
此时，我们可以通过正方体的镂空区域看到内部的渲染结果。
3.2透明度混合的双面渲染
和透明度测试相比，想要让透明度混合实现双面渲染会更复杂一些，这是因为透明度混合需要关闭深度写入，而这是“一切混乱的开端”。我们知道，想要得到正确的透明效果，渲染顺序是非常重要的——我们想要保证图元是从后往前渲染的。对于透明度测试来说，由于我们没有关闭深度写入，因此可以利用深度缓冲按逐像素的粒度进行深度排序，从而保证渲染的正确性。然而一旦关闭了深度写入，我们就需要小心的控制渲染顺序来得到正确的深度关系，如果我们让然采样上面的方法，直接关闭剔除功能，那么我们就无法保证同一个物体的正面和背面的渲染顺序，就有可能得到错误的半透明效果。
为此，我们选择把双面渲染的工作分成两个Pass——第一个Pass只渲染背面，第二个Pass只渲染正面，由于Unity会顺序执行SubShader中的各个Pass，因此我们可以保证背面总是在正面渲染之前渲染，从而可以保证正确的深度渲染关系。
主要代码：
Properties{
_Color("Main Tint",Color)=（1，1，1，1）
_MainTex（"Main Tex",2D）="white"{}
_AlphaScale("Alpha Scale",Range(0,1))=1
}
SubShader{
Tags{"Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent"}
Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
//First pass renders only back faces
Cull Front
//和之前一样的代码
}
Pass{
Tags{"LightMode"="ForwardBase"}
//Second pass renders only front faces
Cull back
//和之前一样的代码
}
}
Fallback"Transparent/VertexLit"
通过上面的代码我们可以得到下图的效果：
