HPP_Graphics_2.7 模板测试和深度测试

a). 模板测试

• 处于逐片元操作中

a.1). Unity 中的模板测试

• 语法表示

  

  

  

• 可作为遮罩等操作

  

a.2). 作业：Unity中实现的效果

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【链接补充】

[1]. https://blog.csdn.net/u011047171/article/details/46928463

[2]. https://blog.csdn.net/liu_if_else/article/details/86316361

[3]. https://gameinstitute.qq.com/community/detail/127404

[4]. https://learnopenglcn.readthedocs.io/zh/latest/04%20Advanced%20OpenGL/02%20Stencil%20testing/

[5]. https://www.patreon.com/posts/14832618

[6]. https://www.udemy.com/course/unity-shaders/

b). 深度测试

• 模板测试后，透明度混合前

Z-Buffer

Z Write

深度写入包括两种状态：ZWrite On 与 ZWrite Off

当我们开启深度写入的时候，物体被渲染时针对物体在屏幕（更准确地说是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,那么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测试通过，也就是ZTest通过，如果ZTest都没通过，那么也就不会写入深度了。

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四种情况：

• 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。
• 深度测试通过，深度写入关闭：不写深度缓冲区，写入颜色缓冲区。
• 深度测试失败，深度写入开启：不写深度缓冲区，不写颜色缓冲区。
• 深度测试失败，深度写入关闭：不写深度缓冲区，不屑颜色缓冲区。

Z Test比较操作

渲染队列

Unity中内置的几种渲染队列，按照渲染顺序，从先到后进行排序，队列数越小，越先渲染，队列数越大，越后渲染。

• Background(1000) ：最早被渲染的物体的队列。
• Geometry(2000) ：不透明物体的渲染队列。大多数物体都应该使用该队列进行渲染，也是Unity Shader中默认的渲染队列。
• AlphaTest(2450) ：有透明通道，需要进行Alpha Test的物体的队列，比在Geometry中更有效。
• Transparent(3000) ： 半透物体的渲染队列。一般是不写深度的物体，Alpha Blend等的在该队列渲染。
• Overlay(4000) ：最后被渲染的物体的队列，一般是覆盖效果，比如镜头光晕，屏幕贴片之类的。

Unity中设置渲染队列

//默认是Geometry
Tags{
	"Queue" = "Transparent"
}

• 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）
• 对于使用了多个Pass的物体，其渲染队列会设置为Pass中的最小值（如两个Pass中一个是Geometry(2000)，另一个是Transparent(3000)，那该物体会按Geometry的队列渲染，然后按Shader中从上到下执行Pass）。

Early-Z

传统的渲染管线中，ZTest其实是在Blending阶段，这时候进行深度测试，所有对象的像素着色器都会计算一遍，没有什么性能提升，仅仅是为了得出正确的遮挡结果，会造成大量的无用计算，因为每个像素点上肯定重叠了很多计算。因此现代GPU中运用了Early-Z的技术，在Vertex阶段和Fragment阶段之间（光栅化之后，fragment之前）进行一次深度测试，如果深度测试失败，就不必进行fragment阶段的计算了，因此在性能上会有很大的提升。但是最终的ZTest仍然需要进行，以保证最终的遮挡关系结果正确。前面的一次主要是Z-Cull为了裁剪以达到优化的目的，后一次主要是Z-Check，为了检查，如下图：

c). 深度值

为什么深度缓冲区存储非线性深度呢？

正确的投影特性的非线性深度方程是和1/z成正比的，这样基本上做的是在Z很近的时候是高精度和Z很远的时候是底精度。这样就是模拟了人眼观察，近处的物体很清晰，而远处的物体很模糊。（和现在还用伽马校正的原因类似）

$$F d e p t h=\frac{1 / z-1 / \text { near }}{1 / \text { far }-1 / \text { near }}$$

Z-fighting

两个平面或三角形很紧密相互平行，深度缓冲区不具有足够的精度以至于无法得到哪一个靠前。导致了着两个形状不断切换顺序出现怪异问题。这被称为深度冲突（Z-fighting），因为它看上去像形状争夺顶靠前的位置。（UE中重叠闪来闪去的那个）

• 解决方法

  • 让物体之间不要离得太近。

  • 尽可能把近平面设置得远一些。

  • 放弃一部分性能来获得更高精度的深度值。

  • Z-Offset