Shader 渲染队列、ZWrite和ZTest

最新推荐文章于 2023-11-02 15:28:51 发布

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本文详细阐述了Unity中深度缓存的工作原理，包括深度的概念、深度缓存的作用、深度测试的过程，并通过具体示例展示了如何利用ZWrite和ZTest属性调整物体间的遮挡关系。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

本文转自 http://blog.youkuaiyun.com/lyh916/article/details/45317571
仅供学习
（1）什么是深度？
深度其实就是该像素点在3d世界中距离摄像机的距离。离摄像机越远，则深度值（Z值）越大。

（2）什么是深度缓存？
深度缓存中存储着准备要绘制在屏幕上的像素点的深度值。如果启用了深度缓冲区，在绘制每个像素之前，OpenGL会把该像素的深度值和深度缓存的深度值进行比较。如果新像素深度值<深度缓存深度值，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。(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。

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(同时还要看ZTest是否通过)。
ZTest可以取的值为：Greater/GEqual/Less/LEqual/Equal/NotEqual/Always/Never/Off，默认值为LEqual，代表通过比较深度来更改颜色缓存的值。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。

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那么，重点来了：
1.当ZWrite为On时，ZTest通过时，该像素的深度才能成功写入深度缓存，同时因为ZTest通过了，该像素的颜色值也会写入颜色缓存。
2.当ZWrite为On时，ZTest不通过时，该像素的深度不能成功写入深度缓存，同时因为ZTest不通过，该像素的颜色值不会写入颜色缓存。
3.当ZWrite为Off时，ZTest通过时，该像素的深度不能成功写入深度缓存，同时因为ZTest通过了，该像素的颜色值会写入颜色缓存。
4.当ZWrite为Off时，ZTest不通过时，该像素的深度不能成功写入深度缓存，同时因为ZTest不通过，该像素的颜色值不会写入颜色缓存。

可以看到，像素的深度能否成功写入深度缓存，条件是ZWrite为On，ZTest通过；
写入深度缓存的作用就是为ZTest的比较做准备。
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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)：
[csharp] view plain copy
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.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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，ZTest通过了，颜色缓存中存放了蓝的颜色值
白将像素写进深度缓存中，ZTest通过了，颜色缓存的值变为白的，所以显示白

2.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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，ZTest通过了，颜色缓存中存放了蓝的颜色值
而白的像素深度大于蓝的，既没有成功将像素写进深度缓存，同时ZTest不通过，像素被舍弃，所以显示蓝

3.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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，ZTest通过了，颜色缓存中存放了蓝的颜色值
白将像素写进深度缓存中，ZTest通过了，颜色缓存中存放为白的颜色值

4.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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
白将像素写进了深度缓存中，ZTest通过了，白将颜色缓存中的蓝的像素颜色值替换了。

5.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
//ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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
白没能将像素写进了深度缓存中(ZWrite为off)，但ZTest通过了，此时颜色缓存的值变为白的，但是深度缓存的值是蓝的

6.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
//ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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
白将像素写进了深度缓存中，ZTest通过了，此时颜色缓存的值变为白的

7.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
ZWrite Off
//ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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.
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
Tags{ “Queue” = “Geometry+200” }
ZWrite Off
ZTest Off
/////////////////////////////////////////蓝色方块测试区
[csharp] view plain copy
/////////////////////////////////////////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