Unity-Shader-渲染队列,ZTest,ZWrite

ZTest(深度测试)和ZWrite(深度写入)

之前一篇渲染队列的例子中,虽然渲染的顺序反了过来,但是物体之间的遮挡关系仍然是正确的,这就是z-buffer的功劳,不论我们的渲染顺序怎样,遮挡关系仍然能够保持正确。而我们对z-buffer的调用就是通过ZTest和ZWrite来实现的。

首先看一下ZTest,ZTest即深度测试,所谓测试,就是针对当前对象在屏幕上(更准确的说是framebuffer)对应的像素点,将对象自身的深度值与当前该像素点缓存的深度值进行比较,如果通过了,本对象在该像素点才会将颜色写入颜色缓冲区,否则不会写入颜色缓冲。ZTest提供的状态较多。

ZTest Less(深度小于当前缓存则通过)
ZTest Greater(深度大于当前缓存则通过)
ZTest LEqual(深度小于等于当前缓存则通过)
ZTest GEqual (深度大于等于当前缓存则通过)
ZTest Equal (深度等于当前缓存则通过)
ZTest NotEqual(深度不等于当前缓存则通过)
ZTest Always(不论如何都通过)
注意,ZTest Off等同于ZTest Always,关闭深度测试等于完全通过。

下面再看一下ZWrite,ZWrite比较简单,只有两种状态,ZWrite On(开启深度写入)和ZWrite Off(关闭深度写入)。当我们开启深度写入的时候,物体被渲染是针对物体在屏幕(更准确的说是frame buffer)上每个像素的深度都写入到深度缓冲区;反之,如果是ZWrite Off,name物体的深度就不会写入深度缓冲区。但是,物体是否会写入深度,除了ZWrite这个状态之外,更重要的是需要深度则是通过,也就是说ZTest通过,如果ZTest都没通过,那么也就不会写入深度了。就好比默认的渲染状态是ZWrite On和ZTest LEqual,如果当前深度测试失败,说明这个像素对应的位置,已经有一个更靠前的东西占坑了,即使写入了,也没有原来的更靠前,那么也就没有必要再去写入深度了。所以上面的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,一共四种情况:
1.深度测试通过,深度写入开启;写入深度缓冲区,写入颜色缓冲区;
2.深度测试通过,深度写入关闭;不写入深度缓冲区,写入颜色缓冲区;
3.深度测试不通过,深度写入开启;不写入深度缓冲区,不写入颜色缓冲区;
4.深度测试不通过,深度写入关闭;不写入深度缓冲区,不写入颜色缓冲区;
在这里插入图片描述
写几个简单的小例子来看一下ZTest,ZWrite以及Render Queue这几个状态对渲染结果的控制。

方法一:让绿色的对象不被前面的立方体遮挡,一种方式是关闭前面的蓝色立方体深度写入:

在这里插入图片描述
通过上面的实验结果,我们知道,按照从前到后的渲染顺序,首先渲染蓝色物体,蓝色物体深度测试通过,颜色写入缓存,但是关闭了深度写入,蓝色部分的深度缓存值仍然是默认的Max,后面渲染的绿色立方体,进行深度测试仍然会成功,写入颜色缓存,并且写入了深度,因此蓝色立方体没有起到遮挡的作用。

方法二:另一种方式是让绿色强制通过深度测试:

在这里插入图片描述
这个例子中其他立方体的shader使用默认的渲染方式,绿色的将ZTest设置为Always,也就是说不管怎样,深度测试都通过,将绿色立方体的颜色写入缓存,如果没有其他覆盖了,那么最终的输出就是绿色的了。

那么如果红色的也开了ZTest Always会怎么样?

在这里插入图片描述
在红色立方体也用了ZTest Always后,红色遮挡了绿色的部分显示为了红色。如果我们换一下渲染队列,让绿色在红色之前渲染,结果就又不一样了:
在这里插入图片描述
更换了渲染队列,让绿色的渲染队列+1,在默认队列Geometry之后渲染,最终重叠部分又变回了绿色。可见,当ZTest都通过时,上一个写入颜色缓存的会覆盖上一个,也就是说最终输出的是最后一个渲染的对象颜色。

再看一下Greater相关的部分有什么作用,这次我们其他的都是用默认的渲染状态,绿色的立方体shader中ZTest设置为Greater:

这个效果就比较好玩了,虽然我们发现在比较深度时,前面被蓝色立方体遮挡的部分,绿色的最终覆盖了蓝色,是想要的结果,不过其他部分哪里去了呢?简单分析一下,渲染顺序是从前到后,也就是说蓝色最先渲染,默认深度为Max,蓝色立方体的深度满足LEqual条件,就写入了深度缓存,然后绿色开始渲染,重叠的部分的深度缓存是蓝色立方体写入的,而绿色的深度值满足大于蓝色深度的条件,所以深度测试通过,重叠部分颜色更新为绿色;而与红色立方体重合的部分,红色立方体最后渲染,与前面的部分进行深度测试,小于前面的部分,深度测试失败,重叠部分不会更新为红色,所以重叠部分最终为绿色。而绿色立方体没有与其他部分重合的地方为什么消失了呢?其实是因为绿色立方体渲染时,除了蓝色立方体渲染的地方是有深度信息的,其他部分的深度信息都为Max,蓝色部分用Greater进行判断,肯定会失败,也就不会有颜色更新。

有一个好玩的效果其实就可以考ZTest Greater来实现,就是游戏里面经常出现的,当玩家被其他场景对象遮挡时,遮挡的部分会呈现出X-光的效果;其实是在渲染玩家时,增加了一个Pass,默认的Pass正常渲染,而增加的一个Pass就使用Greater进行深度测试,这样,当玩家被其他部分遮挡时,遮挡的部分才会显示出来,用一个描边的效果渲染,其他部分仍然使用原来的Pass即可。
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