企业官网建设流程全解析

一、 模版测试

1.1 模版测试的原理

模版缓冲区每个像素存储1个8位无符号整数，范围0-255 默认值0

1. 原理：当前片元参考值与模版缓冲区指定值比较，通过保留片元，否则丢弃；1输出原本颜色，0不输出

从渲染管线理解：（图中流程均在frag之后）

frag阶段高度可配置，但无法编程

stencil test位置：alpha测试之后，深度测试之前

其他阶段说明：
Pixel OwnerShip Test像素权测试：在scene、game视图里的可视像素
Scissor Test裁剪测试：自定义渲染区域
Alpha Clip：按照阈值，剔除半透明区域；即alpha低于如0.7，都被剔除

3. 常用场景：传送门（里面是另一个房间场景）（也可以用另一个相机拍RT）
   参考游戏：《笼中窥梦》

1.2 模版测试核心配置

1.3 应用

思路：外界、边界、内界
即渲染物体->渲染mask->渲染被mask遮罩的物体

1. 3d卡牌
   效果：卡牌呈现纵深3d感，随视角变化，卡牌内也有视差变化
   原来的完整场景，将卡牌边框外的东西都剔除
2. 多面盒子
3. 描边
4. 反射
5. 阴影体
6. 蒙版

二、深度测试

2.1 深度测试原理

1. 原理：
   • 通过深度缓冲区，判断片元的前后遮挡关系
   • 针对当前对象在屏幕上(更准确的说是frame buffer)对应的像素点，将像素自身深度值与当前像素点缓冲的像素点比较；若通过，本对象的像素点才将颜色写入颜色缓冲，否则不写入。
2. 位置：模版测试之后、alpha混合之前

深度缓冲区：存储每个像素深度值，精度为24位，高端显卡支持32位

深度测试的发展：
早期算法：画家算法（从远往近，层层覆盖，会产生大量overdraw，与现在相反被淘汰）、Z-Buffer算法：通过深度缓冲区存储像素深度值，自动比较前后关系，当前主流方案
->
控制Z-Buffer对深度值的存储：ZTest、ZWrite
->
控制不同类型物体的渲染顺序（渲染队列）：透明、不透明物体
->
减少overdraw：Early-Z、Z-cull、Z-check

2.2 基础概念

2.2.1 Early-Z

1. 定义：frag前进行深度测试，直接丢弃未通过测试的面片，降低无效片元在frag的计算
2. 位置：光栅化后、frag之前
   注意：有时候会用到两次深度测试，Early-Z一次、FS处理后ZTest再进行一次起到检查作用；前次Z-Cull，后次Z-Check；

2.2.2 ZTest比较操作

2.2.3 深度缓冲区

1. 定义：类似颜色缓冲(储存所有的像素颜色），每个像素存储信息。跟颜色缓冲一样有宽度和高度。
   深度缓冲是由窗口系统自动创信息，它会以16、24或32位float的形式诸存它的深度值。
   在大部分的系统中，深度缓冲的精度都是24位
2. z-buffer里存储当前深度信息

2.2.4 ZWrite深度写入

深度写入包括两种状态：ZWrite On与ZWrite Off

先ZTest、再ZWrite
ZTest：读深度缓冲，拿当前片元 Z 和缓冲里已存 Z
ZWrite：写深度缓冲，把本片元的 Z 存进去，只有测试成功才会执行写操作

ZTest分为通过和不通过两种情况，ZWrite分为开启和关闭两种情况的话，一共就是四种情况：

渲染呈现：

ZWrite On：渲染队列>Always>LEqual（越靠前越先渲染）
ZWrite Off：不写入深度，被后来者覆盖；除非渲染队列更大

←——————相机前方—————— 相机位置 —————相机后方————→ -10 -5 0 +5 +10 方块B 方块A 相机

-1,1->0,1 方块a更近，覆盖b

ps：shader中默认状态是ZTest LEqual、ZWrite On

2.2.5 渲染队列

1. 内置渲染队列介绍
   队列数越小，越先渲染；队列数越大，越后渲染。

2. 设置位置

   1. Shader代码中设置：
      Tags { "Queue" = "Transparent" }，默认是Geometry
   2. Shader / Material 的 Inspector面板，可以查看Render Queue相关属性；在此处设置，会覆盖shader里的设置

3. 物体渲染顺序规则

• 不透明物体的渲染顺序：从前往后
• 透明物体的渲染顺序：从后往前（OverDraw）

2.3 深度值特性

1. 深度缓冲区：
   • 存储0-1之间非线性缓冲值，因为在适应透视相机的投影阶段（viewport），视椎体->前后裁剪面一致大小的面；此时深度值映射变为非线性，近处深度值间间隔宽，越远越密集（想象人眼看通向远处的树）
   • 利用有限的缓冲区精度，近平面分配高精度、远平面分配低精度（近清晰、远模糊）

ps：时刻结合生活中真实的视觉效果理解

2. 空间变化：
   模型空间（无深度）->世界空间（线性,z）->视空间（线性，获取场景内线性深度就是转到这一步,z）->裁剪空间（线性，M（Perspective）z，A·z + B）->NDC（非线性，z/w）->屏幕空间

3. 深度冲突（Z-Fighting）：两个平面极近平行时，深度缓冲区精度不足导致导致前后像素频繁切换，造成画面频闪
   解决：
   • . 物理上拉开物体之间距离
   • 调远摄像机近平面，提高近处深度精度
   • 使用更高精度的32位缓冲区

2.4 深度测试核心配置

1. 核心配置两项：

(1)Unity内置渲染队列（队列号越小越先渲染）

(2)ZTest与ZWrite组合

2. 举例：被遮挡物体的显示
   Greater,ABC, 深度:A>B>C
   如果B要展示在A之上，

Pass 0 ：正常绘制 ZTest：Lequal ZWrite：On
Pass 1 ：被遮挡发光 ZTest：Greater ZWrite：Off

被遮挡部分通过测试，绘制在A上；如果背景深度是无穷远，不通过，露出部分不绘制
不写入深度：他后面的物体还是Lequal，都大于这个深度，无法正确绘制在屏幕上

适用场景：被建筑物等遮挡时，人物依然有轮廓显示

3. 注意

(1)Queue是SubShader 标签，Pass没有独立生效的渲染队列。

材质的渲染队列默认使用inspector里设置的，会覆盖shader的队列设置

(2)透明混合的pass出现在不透明阶段
原因：材质队列2000，某pass使用Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha混合

(3)URP下，所有Pass无法保证按顺序书写
UPR根据

• 渲染阶段
• LightMode
• 管线绘制
  安排pass，不会默认把shader内所有pass都执行；

会执行的pass：
① 标准用途：LightMode为以下，都会执行：

② 相同LightMode默认只执行第一个匹配项
③ 其他pass要自己设置renderer feature
④没写LightMode的 Pass 会被视为SRPDefaultUnlit，不是任意数量的无标签 Pass 都会自动执行

2.5 深度测试应用

1. 基于深度着色：水体渲染：比较跟水底的深度，做颜色渐变
2. 阴影贴图：比较灯光空间和视空间的深度差
3. 透明物体、粒子渲染（透掉黑底）
4. 角色遮挡透视效果
5. 能量罩切边效果

2.6 总结

1. 深度缓冲重要的两个值：当前深度缓冲值（ZBufferValue）与深度参考值（rederenceValue），通过比较抉择是否更换深度缓冲值
2. Early-Z能节省开销，提前抛弃会造成overdraw的无效片元
3. 深度测试通过ZTest、ZWrite完成控制，如半透明、透明的渲染
4. 深度缓冲区存储的是0-1范围内的浮点，非线性
5. 深度渲染顺序：先渲染不透明物体，从前往后；再渲染透明物体，从后往前

如有错漏，欢迎指正！

参考资料

1.【【技术美术百人计划】图形 3.1 深度与模板测试 传送门效果示例】 https://www.bilibili.com/video/BV1Tb4y1C7Qa/?share_source=copy_web&vd_source=ffa9f839ea8afb4bd7809dfc7ae336f8