[Unity Shader编程]渲染队列、ZWrite和ZTest

本篇unity3d教程我们来看下Unity Shader中的渲染队列、ZWrite和ZTest相关介绍,首先我们来了解几个概念

(1)什么是深度?

深度其实就是该像素点在3d世界中距离摄象机的距离,深度值Zbuffer(Z值)越大,则离摄像机越远。

(2)什么是深度缓存?

深度缓存中存储着每个像素点(绘制在屏幕上的)的深度值!如果启用了深度缓冲区,在绘制每个像素之前,OpenGL会把它的深度值和已经存储在这个像素的深度值进行比较。新像素深度值<原先像素深度值,则新像素值会取代原先的;反之,新像素值被遮挡,其颜色值和深度将被丢弃,最终屏幕显示的就是深度缓存中深度对应的像素点的颜色!(深度主要起的是比较的作用)

(3)什么是深度测试?

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中对应像素的颜色值。

(4)为什么需要深度?

在不使用深度测试的时候,如果我们先绘制一个距离较近的物体,再绘制距离较远的物体,则距离远的物体因为后绘制,会把距离近的物体覆盖掉,这样的效果并不是我们所希望的。而有了深度缓冲以后,绘制物体的顺序就不那么重要了,都能按照远近(Z值)正常显示,这很关键。(越后绘制的东西,距离相机就越近)

那么,在unity中,如果知道了渲染队列,ZWrite,ZTest,如何确定哪个物体先显示呢?

首先,unity先将渲染队列中较前的进行渲染,然后再执行ZWrite,ZTest

ZWrite可以取的值为:On/Off,默认值为On,代表是否要将像素的深度写入深度缓存中

ZTest可以取的值为:Greater/GEqual/Less/LEqual/Equal/NotEqual/Always/Never/Off,默认值为LEqual,代表如何将像素的颜色写入深度缓存中,例如当取默认值的情况下,如果将要绘制的新像素的z值小于等于深度缓存中的值,则将用新像素的颜色值更新深度缓存中对应像素的颜色值。需要注意的是,当ZTest取值为Off时,表示的是关闭深度测试,等价于取值为Always,而不是Never!Always指的是直接将当前像素颜色(不是深度)写进颜色缓冲区中;而Never指的是不要将当前像素颜色写进颜色缓冲区中,相当于消失。

因为ZWrite默认值为On,ZTest默认值为LEqual,所以这很好地解释了为什么在unity中,距离相机近的东西会阻挡住距离相机远的东西。如果我们先绘制一个距离较近的物体,再绘制距离较远的物体,则距离远的物体因为后绘制,会把距离近的物体覆盖掉,这时我们可以通过修改ZWrite和ZTest来改变物体的遮挡关系!

测试环境(蓝色方块距离相机较近,注意这个不是Game视图):

测试的Shader代码(两个方块的shader代码起始都是一样的,测试时修改的是测试区里的代码):


Shader "Custom/ZTest" {
Properties {
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
}
SubShader {
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
/////////////////////////////////////////测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////测试区
CGPROGRAM
#pragma surface surf Lambert

sampler2D _MainTex;

struct Input {
float2 uv_MainTex;
};

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
o.Albedo = c.rgb;
o.Alpha = c.a;
}
ENDCG
}
FallBack "Diffuse"
}

渲染顺序:先蓝色方块再白色方块(以下简称蓝,白)
注意ZWrite默认值为On,ZTest默认值为LEqual,没有渲染物体时,深度缓存中的深度可以理解为无限大
1.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:蓝没有将像素写进深度缓存中,颜色缓冲区中存放了蓝的颜色值;而白将像素写进深度缓存中,深度缓存被替换了,深度缓存中深度对应的颜色也被舍弃了,所以显示白

2.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:蓝在前面
分析:蓝将像素写进深度缓存中;而白将像素写进深度缓存时,因为像素深度大于蓝的,被遮挡的像素被舍弃,所以显示蓝

3.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:与1类似

4.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
//ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:蓝将像素写进了深度缓存中;白没有成功将像素写进了深度缓存中,但因为ZTest Off,白将颜色缓存中的蓝的像素颜色值替换了。也就是深度缓存中是蓝像素的深度,颜色缓冲中是白像素的颜色

5.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:与4类似

6.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
//ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
//ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:与5类似

7.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:白、蓝都没有将像素写入深度缓存中,所以深度缓存中的深度值为无穷大,最后因为白中ZTest默认值的原因,所以显示白

8.

/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+200" }
ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
/////////////////////////////////////////白色方块测试区
Tags{ "Queue" = "Geometry+300" }
ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////白色方块测试区

结果:白在前面
分析:与7类似

好了,本篇unity3d教程到此结束,下篇我们再会!