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渲染状态控制

渲染状态决定了GPU如何处理几何体，包括混合、深度测试、面剔除等。本教程通过对比不透明和透明物体，学习渲染状态的配置，通过本教程，你将学会：

  • 渲染状态的基本概念
  • BlendState 的配置和混合公式
  • DepthState 的深度测试和写入控制
  • 不透明和透明物体的不同处理方式
  • 常见混合模式的应用场景

什么是渲染状态

渲染状态是告诉GPU"如何渲染"的一系列设置，主要包括：

  • BlendState：控制颜色混合
  • DepthState：控制深度测试和写入
  • RasterState：控制光栅化过程
  • StencilState：控制模板测试

前往 渲染状态 了解可配置的所有渲染状态。

BlendState - 混合状态

混合状态控制新绘制的像素如何与已有像素混合：

不透明物体

BlendState customBlendState {
  Enabled = false;           // 关闭混合
}

不透明物体不需要混合，直接覆盖背景色。

透明物体

 BlendState customBlendState {
    Enabled = true;                    // 开启混合
    SourceColorBlendFactor = BlendFactor.SourceAlpha;
    DestinationColorBlendFactor = BlendFactor.OneMinusSourceAlpha;
    SourceAlphaBlendFactor = BlendFactor.One;
    DestinationAlphaBlendFactor = BlendFactor.OneMinusSourceAlpha;
}

混合公式：

最终颜色 = 源颜色 × SrcAlpha + 目标颜色 × (1 - SrcAlpha)

常用混合因子：

  • SrcAlpha：源像素的透明度
  • OneMinusSrcAlpha：1减去源像素的透明度
  • One：1.0
  • Zero：0.0

DepthState - 深度状态

深度状态控制深度缓冲区的使用：

不透明物体

DepthState customDepthState {
    WriteEnabled = true;        // 开启深度写入（透明物体通常不写深度）
    CompareFunction = CompareFunction.LessEqual;       // 但仍然进行深度测试
}
 
// 指定不透明队列
RenderQueueType = Opaque;

透明物体

DepthState customDepthState {
    WriteEnabled = false;        // 关闭深度写入（透明物体通常不写深度）
    CompareFunction = CompareFunction.LessEqual;       // 但仍然进行深度测试
}
 
// 指定透明队列
RenderQueueType = Transparent;

为什么透明物体要关闭深度写入？

  • 透明物体后面可能还有其他物体
  • 如果写入深度，会阻挡后面的物体渲染
  • 但仍需要深度测试来确定渲染顺序

深度测试函数：

  • Less：小于时通过测试
  • LessEqual：小于等于时通过测试
  • Greater：大于时通过测试
  • Always：总是通过测试
  • Never：从不通过测试

完整着色器对比

不透明 Shader

Shader "Tutorial/02-Opaque" {
  SubShader "Default" {
    Pass "Forward" {
      // 渲染状态：不透明物体的标准设置
      BlendState customBlendState {
        Enabled = false;           // 关闭混合
      }
      
      DepthState customDepthState {
        WriteEnabled = true;       // 开启深度写入
        CompareFunction = CompareFunction.LessEqual; // 深度测试函数
      }
      
      BlendState = customBlendState;
      DepthState = customDepthState;
      RenderQueueType = Opaque;
      
      mat4 renderer_MVPMat;
      vec4 material_BaseColor;
      
      struct Attributes {
        vec4 POSITION;
      };
      
      VertexShader = vert;
      FragmentShader = frag;
      
      
      void vert(Attributes attr) {
        gl_Position = renderer_MVPMat * attr.POSITION;
      }
      
      void frag() {
        gl_FragColor = material_BaseColor;
      }
    }
  }
}

透明 Shader

Shader "Tutorial/02-Transparent" {
  SubShader "Default" {
    Pass "Forward" {
      // 渲染状态：透明物体的标准设置
      BlendState customBlendState {
        Enabled = true;                    // 开启混合
        SourceColorBlendFactor = BlendFactor.SourceAlpha;
        DestinationColorBlendFactor = BlendFactor.OneMinusSourceAlpha;
        SourceAlphaBlendFactor = BlendFactor.One;
        DestinationAlphaBlendFactor = BlendFactor.OneMinusSourceAlpha;
      }
      
      DepthState customDepthState {
        WriteEnabled = false;        // 关闭深度写入（透明物体通常不写深度）
        CompareFunction = CompareFunction.LessEqual;       // 但仍然进行深度测试
      }
 
      BlendState = customBlendState;
      DepthState = customDepthState;
      RenderQueueType = Transparent;
      
      mat4 renderer_MVPMat;
      vec4 material_BaseColor;
      float material_Alpha;
      
      struct Attributes {
        vec4 POSITION;
      };
      
      VertexShader = vert;
      FragmentShader = frag;
      
      void vert(Attributes attr) {
        gl_Position = renderer_MVPMat * attr.POSITION;
      }
      
      void frag() {
        vec4 color = material_BaseColor;
        color.a = material_Alpha; // 使用自定义的透明度
        gl_FragColor = color;
      }
    }
  }
}

透明度控制

在片元着色器中控制透明度：

void frag() {
  vec4 color = material_BaseColor;
  color.a = material_Alpha; // 设置透明度
  gl_FragColor = color;
}

渲染顺序的重要性

透明物体的渲染顺序很重要：

  1. 先渲染不透明物体：写入深度缓冲区
  2. 后渲染透明物体：从后往前渲染，不写入深度
// 引擎会自动处理渲染顺序，但你需要正确设置渲染状态
RenderQueueType = **;

其他混合模式

加法混合（发光效果）

 BlendState customBlendState {
        Enabled = true;                    // 开启混合
        SourceColorBlendFactor = BlendFactor.SourceAlpha;
        DestinationColorBlendFactor = BlendFactor.One;
        SourceAlphaBlendFactor = BlendFactor.Zero;
        DestinationAlphaBlendFactor = BlendFactor.One;
      }

运行效果

  1. 左侧绿色平面：不透明渲染状态（关闭混合，开启深度写入）
  2. 右侧红色平面：透明渲染状态（开启混合，关闭深度写入）
  3. 展示了 BlendState 和 DepthState 的配置
  4. 透明度会动态变化，观察混合效果

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