Shader编写指南(二十):ShaderLab命令：Blend 的原理与实战应用

在 Unity 的 ShaderLab 中，Blend 命令是控制 GPU 混合片元着色器输出与渲染目标（帧缓冲）的核心机制。通过配置混合因子（Source Factor）和目标因子（Destination Factor），可以实现透明、发光、溶解等复杂视觉效果。本文将深入解析 Blend 的工作原理、常用模式及性能影响，并结合代码示例说明其应用场景。

一、Blend 的核心原理：从数学公式到 GPU 行为

Blend 的本质是通过数学公式将 ** 片元着色器输出的颜色（源颜色，Source Value）与渲染目标已存在的颜色（目标颜色，Destination Value）** 进行混合。其核心公式为：FinalColor=(SourceFactor×SourceColor)Operation(DestinationFactor×DestinationColor)

• 关键参数：

  • SourceFactor：源颜色的混合因子（如透明度、颜色值）。
  • DestinationFactor：目标颜色的混合因子（如保留比例、反相值）。
  • Operation：混合操作（默认加法，可通过BlendOp修改为减法、取最小值等）。

• 执行流程：

  1. 片元着色器输出源颜色（含 RGB 和 Alpha 通道）。
  2. 根据 Blend 命令计算源因子与目标因子。
  3. 按指定操作（如相加、相乘）合并两者，更新渲染目标。

二、Blend 因子与操作的有效值

Blend 支持多种预定义因子和操作，以下是核心取值及典型用途：

1. 混合因子（Factor）

因子名称	数学表达式	典型场景
One	1	完全保留源或目标颜色（如相加混合）
Zero	0	忽略源或目标颜色
SrcAlpha	源颜色的 Alpha 值	标准透明混合（如玻璃、植被）
OneMinusSrcAlpha	1 - 源 Alpha 值	与 SrcAlpha 配合实现透明效果
DstColor	目标颜色值	乘法混合（如阴影叠加）
OneMinusDstColor	1 - 目标颜色值	反相混合（如发光边缘）

2. 混合操作（Operation，需配合 BlendOp 命令）

操作名称	数学表达式	效果说明
Add（默认）	源结果 + 目标结果	常规加法混合（如粒子发光）
Sub	源结果 - 目标结果	颜色相减（如蚀刻效果）
RevSub	目标结果 - 源结果	反向相减
Min	取两者最小值	保留较暗区域（如雾气效果）
Max	取两者最大值	保留较亮区域（如高光叠加）

三、常用 Blend 模式与代码示例

1. 标准透明混合（Alpha Blending）

公式：Final = SrcAlpha * SrcColor + (1 - SrcAlpha) * DstColor
用途：实现半透明物体（如水面、UI 元素）。

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Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 开启混合，源因子为Alpha，目标因子为1-Alpha  
ZWrite Off // 关闭深度写入，避免透明物体遮挡问题  

2. 相加混合（Additive Blending）

公式：Final = SrcColor + DstColor
用途：模拟发光效果（如火焰、魔法特效）。

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Blend One One // 源和目标因子均为1，颜色直接相加  
ColorMask RGB // 仅混合RGB通道，保留Alpha通道  

3. 乘法混合（Multiplicative Blending）

公式：Final = SrcColor * DstColor
用途：制作暗化效果（如阴影投射、夜视滤镜）。

hlsl

Blend DstColor Zero // 源因子为目标颜色，目标因子为0，仅保留目标颜色与源颜色的乘积  

4.预乘透明（Premultiplied Alpha）

公式：Final = SrcColor + (1 - SrcAlpha) * DstColor
用途：处理已预乘 Alpha 的纹理（如美术工具导出的带透明通道资源）。

hlsl

Blend One OneMinusSrcAlpha // 源因子为1，目标因子为1-Alpha  

5. 溶解效果（Discard with Blend）

技巧：结合clip()函数剔除部分片元，再通过混合实现边缘过渡。

hlsl

float dissolve = tex2D(_MainTex, uv).r;  
clip(dissolve - _Threshold); // 低于阈值的片元被剔除  
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 保留的片元进行透明混合  

四、多渲染目标（MRT）与通道分离混合

在支持多渲染目标的管线（如 URP/HDRP）中，可针对不同 RT 设置独立混合模式：

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Blend 0 SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // 对RT0使用标准透明混合  
Blend 1 One One // 对RT1使用相加混合  

• 注意：需确保 GPU 支持GL_ARB_draw_buffers_blend等扩展（现代桌面 GPU 通常支持，移动端需谨慎）。

五、性能影响与优化策略

1. 禁用 Early-Z 优化：
   混合会关闭 GPU 的 Early-Z（早终止深度测试），导致所有片元均需执行至混合阶段，增加 GPU 压力。

   • 优化：尽量减少混合区域（如使用遮挡剔除减少透明物体数量）。

2. 过度绘制（Overdraw）：
   多层半透明物体叠加时，底层片元会被多次混合，加剧性能消耗。

   • 优化：
     • 减少透明物体层级（如合并 UI 层级）。
     • 使用ZTest和ZWrite控制深度缓冲（如透明物体不写入深度但读取深度）。

3. 因子与操作的选择：

   • 避免使用复杂因子（如SrcAlphaSaturate）和非加法操作（如Sub），部分 GPU 对这些模式支持低效。
   • 优先使用硬件优化的模式（如SrcAlpha OneMinusSrcAlpha和One One）。

六、渲染管线兼容性与注意事项

渲染管线	支持情况	特殊配置
内置管线	完全支持	直接使用 Blend 命令即可
URP	完全支持	可在管线设置中启用 “Alpha Clipping”
HDRP	完全支持	需注意与体积雾、全局光照的混合顺序
自定义 SRP	需手动实现	通过RenderStateBlock设置混合状态

• 移动端限制：
  部分低端安卓设备对多 RT 混合支持有限，建议优先使用单 RT 混合模式。

七、常见错误与调试方法

1. 混合结果异常：

   • 原因：因子或操作选择错误（如误将OneMinusSrcAlpha写成OneMinusDstAlpha）。
   • 调试：通过Blend Off关闭混合，确认源颜色是否正确；逐步调整因子观察结果变化。

2. 性能骤降：

   • 原因：大量透明物体混合导致 Early-Z 失效。
   • 调试：使用 Unity Profiler 的 “Render” 模块查看Gfx.WaitForPresent耗时，定位混合密集区域。

3. 与后期处理冲突：

   • 原因：混合顺序错误（如后处理效果先于物体混合执行）。
   • 调试：调整渲染队列（Queue标签）或使用RenderTexture隔离混合阶段。

八、总结：Blend 的使用原则

1. 最小化混合范围：仅对必要物体启用混合，避免全局混合。
2. 优先简单模式：能用SrcAlpha OneMinusSrcAlpha实现的效果，避免使用复杂因子组合。
3. 结合深度控制：通过ZWrite Off和合理的深度测试（ZTest）减少无效混合。
4. 测试多平台兼容性：在目标设备上验证混合效果与性能，避免依赖边缘特性。

通过深入理解 Blend 的数学原理与 GPU 行为，开发者可精准控制颜色混合效果，在视觉表现与性能优化之间找到平衡点。无论是透明材质、粒子特效还是艺术化渲染，Blend 都是 Shader 开发中不可或缺的核心工具。