【渲染流水线】[逐片元阶段]-[透明度测试]以UnityURP为例

透明度测试与透明度混合（Blend）互斥，需根据需求选择其一！
【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

透明度测试(Alpha Test)是一种通过阈值筛选片元的硬性透明方案，其核心逻辑是通过clip()函数比较片元Alpha值与预设阈值_Cutoff：当Alpha低于阈值时直接丢弃片元，反之则完整渲染。

• 二元判定：呈现"全有或全无"的视觉效果，适用于栅栏、树叶等需要锐利边缘的物体
• 性能优势：无需混合计算，在移动端和低配设备上表现优异

核心应用场景

• 游戏美术优化
  • 植被系统：实现树叶镂空效果（性能较Alpha Blend提升40%）
  • 建筑遮罩：快速创建栅栏、铁丝网等规则镂空结构
• 特效制作
  • 粒子消融：配合噪声图实现燃烧/腐蚀动画
  • UI遮罩：用于异形界面元素裁剪
• 技术美术方案
  • 低成本半透模拟：通过抖动阈值(dithering)实现伪半透效果
  • 遮挡剔除辅助：标记透明区域实现自定义遮挡逻辑

历史简述

Built-in管线阶段（2018年前）

• 早期Unity内置管线通过Queue="AlphaTest"标签实现基础功能，但存在：
  • 着色器代码冗余，需手动处理光照模型兼容性
  • 与延迟渲染路径存在兼容性问题

URP标准化阶段（2019-2022）

• URP 7.x版本引入关键改进：
  • Shader Graph集成 ：可视化配置Alpha Clip Threshold属性
  • 渲染队列优化：自动处理AlphaTest物体在3000-3500队列的排序逻辑
  • 跨平台一致性：在OpenGL ES 3.0与Metal API中实现相同裁剪行为

现代URP增强（2023-2025）

• 最新URP 14+版本新增特性：
  • 多重裁剪通道：支持基于R/G/B通道的复合测试条件
  • GPU实例化支持：透明测试物体可参与实例化渲染批次
  • VFX Graph兼容：粒子系统可直接引用透明度测试材质

如果启用了AlphaTest 那么Early-Z则被弃用

• 因为AlphaTest的clip()操作是在片元中，而Early-Z是在光栅化和片元之前做的测试，如果在片元着色中主动抛弃了片元，那么被遮挡的片元就可见了，但是Early-Z中已经因为提前计算不可见给重新可见的片元丢弃了，这样就无法正常进行计算。那么GPU在优化算法时，如果检查到片元着色器中存在抛弃片元和改写片元深度的操作时，放弃Early-Z的操作。
• Early-Z由GPU自动实现，涉及两个pass，第一个Z-pre-pass，对于所有写入深度数据的物体先用一个超级简单的pass写入深度缓存。第二个pass关闭深度写入，开启深度测试，正常渲染流程渲染。

使用注意

• AlphaTest 物体建议标记为 "Queue"="AlphaTest"（值2450），确保在透明物体前渲染‌
• 使用 Always/Never 可完全绕过测试，减少GPU分支判断‌
• 复杂比较函数（如 NotEqual）可能增加片元着色器指令数‌
• 根据alpha值阈值决定片元保留/丢弃
• 常用于植被、镂空材质等效果实现‌

Unity 中的透明度测试（AlphaTest）具体过程

SubShader 与 Pass 设置‌

• 配置渲染通道（Pass）启用 AlphaTest，指定比较函数（如 Greater 或 Less）‌

比较函数列表‌

函数指令	逻辑条件	典型应用场景
Greater	alpha > 阈值 (_Cutoff)	硬边遮罩（如树叶镂空）‌
GEqual	alpha ≥ 阈值	半透明边缘抗锯齿优化‌
Less	alpha < 阈值	反向遮罩（如洞孔效果）‌
LEqual	alpha ≤ 阈值	透明渐变剔除‌
Equal	alpha == 阈值	精确匹配特定透明度‌
NotEqual	alpha != 阈值	排除特定透明值‌
Always	始终通过测试	强制禁用透明度测试‌
Never	始终丢弃片元	完全隐藏物体‌

‌配置示例‌

• 在 SubShader 的 Pass 中声明比较函数与阈值：

SubShader {
    Pass {
        // 启用AlphaTest并设置比较模式
        AlphaTest Greater 0.5  // 仅保留alpha>0.5的片元
        CGPROGRAM
        #pragma vertex vert
        #pragma fragment frag
        uniform float _Cutoff; // 阈值变量

        fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
            fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
            clip(col.a - _Cutoff); // 等效于AlphaTest Greater
            return col;
        }
        ENDCG
    }
}

注：clip() 函数在片元着色器中可直接实现阈值比较，与 AlphaTest 指令效果等价‌

自定义shader中片元着色器中剔除或混合

Shader 属性定义‌

• 在 Shader 代码中声明阈值属性（如 _Cutoff），用于控制 alpha 的临界值‌

片元着色器处理‌

• 在片元着色器中，计算片元 alpha 值并与 _Cutoff 比较；若未达标，则使用 clip() 或 discard 指令丢弃片元，阻止其进入后续测试‌

渲染输出‌

• 通过测试的片元参与颜色混合等后续流程，否则被剔除‌

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