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【渲染流水线】[逐片元阶段]-[混合Blend]以UnityURP为例

news 2025/8/25 9:47:21

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

Unity URP（Universal Render Pipeline）中的Blend和BlendOp是ShaderLab中控制颜色混合的核心指令，其发展历史与渲染技术演进密切相关。早期固定功能管线仅支持简单的Alpha混合，随着可编程着色器的普及，混合操作逐渐扩展为可定制化的数学运算。URP通过优化这些指令的底层实现，使其在移动端和高性能平台均能高效运行。

OpenGL中的混合实现

‌API调用机制‌

OpenGL通过glBlendFunc和glBlendEquation函数实现混合操作，对应URP中Blend和BlendOp指令。其中：

  • glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)等价于URP的Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
  • glBlendEquation(GL_FUNC_ADD)对应BlendOp Add操作

‌管线阶段差异‌

OpenGL将混合作为固定管线阶段，在片段着色器之后执行，而URP通过可编程着色器在片元处理阶段动态控制混合参数

‌双源混合限制‌

OpenGL 4.x支持GL_SRC1_COLOR等双源混合因子，但移动端GLES 3.0需通过扩展实现，URP对此做了平台兼容性封装

内置管线混合实现

‌早期实现方式‌

内置管线通过Queue="Transparent"标签自动启用混合，但需手动配置Blend命令且不支持BlendOp高级操作

‌深度处理差异‌

内置管线要求显式关闭深度写入（ZWrite Off），而URP在透明渲染队列中自动管理深度测试与混合的冲突

‌性能优化对比‌

内置管线混合计算固定于GPU固定功能单元，URP则通过可编程着色器实现动态混合策略，如根据设备性能切换Min/Max操作

关键技术对比

特性OpenGL原生实现Unity内置管线URP优化方案
混合因子配置glBlendFuncBlend命令封装为跨平台Shader指令
操作符扩展glBlendEquation仅支持基础加减支持Min/Max/RevSub等
移动端兼容性需检查扩展支持全平台统一行为自动降级混合方案
多渲染目标支持glDrawBuffers有限支持完整MRT混合控制
  • OpenGL中实现URP的BlendOp RevSub需调用glBlendEquation(GL_FUNC_REVERSE_SUBTRACT)
  • 内置管线模拟URP发光效果需组合Blend One One与多个Pass渲染

核心问题解决

  • ‌透明效果实现‌：通过Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha等组合，解决了传统透明度混合中排序依赖和边缘锯齿问题
  • ‌复杂光效合成‌：利用BlendOp Max或Add操作，实现发光体叠加时的亮度累积效果
  • ‌非破坏性图像处理‌：BlendOp RevSub等操作允许反向颜色计算，用于特殊遮罩或腐蚀效果

命令使用介绍

  • 将当前片元颜色与帧缓冲颜色按公式混合
  • 支持加法/乘法/透明度混合等模式‌
  • 混合当前片元与颜色缓冲（Blend 指令，如 Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha；BlendOp 指令控制操作符，如BlendOp Sub（默认不指定是Add））

Blend命令

混合命令是当前输出的颜色值Src，和缓冲区里的颜色值Dst做数值运算来进行混合。命令配置主要影响这个运算公式，下面先看下这个运算公式是什么样的：

Src∗SrcFactor+Dst∗DstFactorSrc∗SrcFactor+Dst∗DstFactor

  • 这里的Src是当前输出的颜色值。
  • Dst是缓冲区里已有的颜色值。
  • SrcFactor是接下来命令配置时要改变的当前颜色值的影响变量因子。
  • DstFactor同样的是命令配置要改变缓冲区内的颜色值的影响因子。

这两个因子与颜色值相乘后相加就是新的要输出的颜色值。这里的相加是默认操作，由接下来的命令BlendOp来配置可修改。

上述公式是对颜色RGBA一起操作的配置。还有一种是分离颜色RGB和A单独控制的配置方式，与这个类似的公式：

Src∗SrcFactorA+Dst∗DstFactorASrc∗SrcFactorA+Dst∗DstFactorA

混合的两种模板公式：

Blend SrcFactor DstFactor

Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA

第一种配置方式直接配置RGBA，第二种将RGB和A分开配置。

  • 那么这些Factor因子可以配置成哪些内容：

    ‌基础混合因子‌

    因子名称数学表达式解释
    One1完全保留源或目标颜色值（常用于加法混合）‌
    Zero0忽略源或目标颜色值（常用于屏蔽颜色）‌
    SrcColor源颜色的RGB值使用片元着色器输出的RGB值作为混合因子‌
    SrcAlpha源颜色的Alpha值使用片元着色器的透明度值（如标准透明混合）‌
    DstColor目标颜色的RGB值使用帧缓冲区中已存在的RGB值（如乘法混合）‌
    DstAlpha目标颜色的Alpha值使用帧缓冲区中已存在的透明度值‌

    ‌反相混合因子‌

    因子名称数学表达式解释
    OneMinusSrcColor1 - 源颜色RGB值反相源颜色值（用于特殊效果叠加）‌
    OneMinusSrcAlpha1 - 源Alpha值反相源透明度（与SrcAlpha配合实现标准透明混合）‌
    OneMinusDstColor1 - 目标颜色RGB值反相目标颜色值（如屏幕空间发光效果）‌
    OneMinusDstAlpha1 - 目标Alpha值反相目标透明度值‌

    混合因子应用场景‌

    • ‌透明度混合‌：Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha（源透明×源颜色 + (1-源透明)×目标颜色）‌
    • ‌加法发光‌：Blend One One（源颜色 + 目标颜色）‌
    • ‌乘法叠加‌：Blend DstColor Zero（源颜色×目标颜色）‌
    • ‌反相混合‌：Blend OneMinusDstColor OneMinusSrcColor（用于特殊遮罩效果）‌

  • BlendOp命令

    通过BlendOp修改混合计算方式，支持以下操作：

    • Add（默认）：相加
    • Sub：源减去目标
    • RevSub：目标减去源
    • Min/Max：取最小/最大值‌
    BlendOp RevSub  
Blend One One // 实现颜色相减效果‌

应用示例

能量护盾特效

  • 使用BlendOp RevSub结合Blend One One，实现护盾边缘对背景颜色的"扣除"效果，模拟能量场扭曲

    能量护盾特效通过反向减法混合(RevSub)实现背景颜色扣除，配合蜂窝纹理可产生能量场扭曲效果

    • EnergyShield.shader

      Shader "URP/EnergyShield" {Properties {_MainTex ("Shield Pattern", 2D) = "white" {}_EdgeColor ("Edge Color", Color) = (0.2,0.8,1,1)}SubShader {Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent" }Blend One OneBlendOp RevSubZWrite OffHLSLINCLUDE#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"ENDHLSLPass {HLSLPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment fragstruct Attributes {float4 positionOS : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;};struct Varyings {float4 positionCS : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;};TEXTURE2D(_MainTex);SAMPLER(sampler_MainTex);half4 _EdgeColor;Varyings vert(Attributes IN) {Varyings OUT;OUT.positionCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);OUT.uv = IN.uv;return OUT;}half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);return tex * _EdgeColor;}ENDHLSL}}
}

‌粒子系统发光

  • 采用Blend One One与BlendOp Add叠加多层粒子颜色，避免传统混合导致的亮度衰减

    粒子系统采用加法混合(Add)确保多层粒子叠加时亮度线性累积，避免传统混合的亮度衰减问题

    • ParticleGlow.shader

      Shader "URP/ParticleGlow" {Properties {_MainTex ("Particle Texture", 2D) = "white" {}_Intensity ("Glow Intensity", Range(1,10)) = 3}SubShader {Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent+100" }Blend One OneBlendOp AddZWrite OffCull OffHLSLINCLUDE#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"ENDHLSLPass {HLSLPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment fragstruct Attributes {float4 positionOS : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;half4 color : COLOR;};struct Varyings {float4 positionCS : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;half4 color : COLOR;};TEXTURE2D(_MainTex);SAMPLER(sampler_MainTex);float _Intensity;Varyings vert(Attributes IN) {Varyings OUT;OUT.positionCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);OUT.uv = IN.uv;OUT.color = IN.color * _Intensity;return OUT;}half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);return tex * IN.color;}ENDHLSL}}
}

透明水体渲染

  • 通过Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha控制折射/反射强度，配合BlendOp Min保留深度最小的泡沫高光

    水体渲染使用Min混合操作保留最小深度值，配合标准Alpha混合实现透明折射效果

    • WaterSurface.shader

      Shader "URP/WaterSurface" {Properties {_MainTex ("Water Texture", 2D) = "white" {}_NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}_FoamTex ("Foam Texture", 2D) = "white" {}}SubShader {Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent" }Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlphaBlendOp MinZWrite OffHLSLINCLUDE#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"ENDHLSLPass {HLSLPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment fragstruct Attributes {float4 positionOS : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;float3 normalOS : NORMAL;float4 tangentOS : TANGENT;};struct Varyings {float4 positionCS : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;float3 normalWS : TEXCOORD1;float3 viewDirWS : TEXCOORD2;};TEXTURE2D(_MainTex);TEXTURE2D(_NormalMap);TEXTURE2D(_FoamTex);SAMPLER(sampler_MainTex);Varyings vert(Attributes IN) {Varyings OUT;float3 positionWS = TransformObjectToWorld(IN.positionOS.xyz);OUT.positionCS = TransformWorldToHClip(positionWS);OUT.uv = IN.uv;OUT.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(IN.normalOS);OUT.viewDirWS = GetWorldSpaceViewDir(positionWS);return OUT;}half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {half4 water = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);water.a = 0.7;half3 normalTS = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_MainTex, IN.uv));half foam = SAMPLE_TEXTURE2D(_FoamTex, sampler_MainTex, IN.uv).r;return min(water, foam.xxxx);}ENDHLSL}}
}

接下来：【渲染流水线】[输出阶段]-[双缓冲机制]以UnityURP为例-CSDN博客

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达
（欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）

http://www.dtcms.com/a/343751.html

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