【渲染流水线】[逐片元阶段]-[模版测试]以UnityURP为例

• 用于精确控制像素丢弃的逐片元操作，通过模板缓冲区（8位整数/像素）实现复杂遮罩效果。
• 支持8种比较函数和6种缓冲操作‌
• 当前模版操作，只能在Shader文件中书写操作，ShaderGraph中无法直接使用模版指令。

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

核心配置预览

• 核心配置所有配置列出（非全必要）：

Stencil {
    Ref 2 // 必要模版数值
    ReadMask 255
    WriteMask 255
    Comp Greater // 必要比较操作符
    Pass Replace // 必要通过后的操作
    Fail Keep
    ZFail DecrSat
}

‌1. 核心配置命令‌

• Ref：设置参考值(0-255整数)，用于与模板缓冲区比较
• ReadMask：读取掩码(0-255)，按位与操作后比较（默认255）
• WriteMask：写入掩码(0-255)，控制可修改的缓冲区位（默认255）

‌2. 比较函数命令‌

Comp支持以下枚举值：

• Always/Never：始终通过/拒绝
• Less/Greater：小于/大于时通过
• Equal/NotEqual：等于/不等于时通过
• LessEqual/GreaterEqual：小于等于/大于等于时通过

‌3. 操作命令‌

Pass/Fail/ZFail支持的操作：

• Keep：保持原值
• Zero：置零
• Replace：用Ref值替换
• IncrSat/DecrSat：饱和增减（0/255边界）
• IncrWrap/DecrWrap：循环增减
• Invert：按位取反

模板测试具体过程‌

1. ‌缓冲区初始化‌

   • 清除模板缓冲：GL.Clear(ClearBufferMask.StencilBufferBit)
   • 设置初始值：GL.StencilMask(0xFF)（默认全255）

2. ‌测试阶段-逐片元‌

   plaintext
   if (片元模板值 [比较函数] 参考值) {
       执行通过操作（如保留像素）
   } else {
       执行失败操作（如丢弃像素）
   }

3. ‌缓冲更新‌

   • 根据测试结果修改模板缓冲值（可选）

‌比较函数（StencilFunc）‌

函数	含义	OpenGL常量
Never	永远不通过	GL_NEVER
Always	永远通过	GL_ALWAYS
Less	模板值 < 参考值	GL_LESS
LEqual	模板值 ≤ 参考值	GL_LEQUAL
Greater	模板值 > 参考值	GL_GREATER
GEqual	模板值 ≥ 参考值	GL_GEQUAL
Equal	模板值 == 参考值	GL_EQUAL
NotEqual	模板值 != 参考值	GL_NOTEQUAL

‌缓冲操作（StencilOp）‌

操作组合	含义
Keep	保持当前模板值不变（默认）
Zero	将模板值设为0
Replace	用参考值替换模板值
Incr/IncrWrap	模板值+1（超过255时，前者截断后者循环）
Decr/DecrWrap	模板值-1（低于0时，前者截断后者循环）
Invert	按位取反（~操作）

示例1

• 遮罩区域shader

Shader "Custom/StencilMask" {
    SubShader {
        Tags { "Queue"="Geometry-1" } // 优先渲染
        ColorMask 0 // 不写入颜色
        ZWrite Off

        Stencil {
            Ref 1
            Comp Always
            Pass Replace // 将模板值设为1
        }
        Pass {} // 空Pass仅用于写入模板
    }
}

• 物体模版测试shader，该Shader仅在模板值为1的区域内渲染物体。

Shader "Custom/StencilObject" {
    SubShader {
        Stencil {
            Ref 1
            Comp Equal // 仅渲染模板值=1的区域
            Pass Keep
        }
        Pass {
            // 正常着色代码...
        }
    }
}

示例2 外轮廓描边

Shader "Custom/StencilOutline" {
    Properties {
        _MainTex ("Base Texture", 2D) = "white" {}
        _OutlineColor ("Outline Color", Color) = (1,0,0,1)
        _OutlineWidth ("Outline Width", Range(0, 0.1)) = 0.05
    }

    SubShader {
        Tags { 
            "RenderPipeline"="UniversalRenderPipeline"
            "RenderType"="Opaque"
        }

        // Pass 1: 正常渲染角色并写入模板
        Pass {
            Name "Character"
            Tags
            {
                "LightMode" = "UniversalForward"
            } 
            Stencil {
                Ref 1
                Comp Always
                Pass Replace
                ZFail Keep
            }

            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes {
                float4 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings {
                float4 positionCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            TEXTURE2D(_MainTex);
            SAMPLER(sampler_MainTex);

            Varyings vert(Attributes IN) {
                Varyings OUT;
                OUT.positionCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);
                OUT.uv = IN.uv;
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {
                return SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);
            }
            ENDHLSL
        }

        // Pass 2: 渲染轮廓
        Pass {
            Name "Outline"
            Cull Front
            Stencil {
                Ref 1
                Comp NotEqual
                Pass Keep
            }

            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes {
                float4 positionOS : POSITION;
                float3 normalOS : NORMAL;
            };

            struct Varyings {
                float4 positionCS : SV_POSITION;
            };

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
                float4 _OutlineColor;
                float _OutlineWidth;
            CBUFFER_END

            Varyings vert(Attributes IN) {
                Varyings OUT;
                float3 posWS = TransformObjectToWorld(IN.positionOS.xyz * (1 + _OutlineWidth));
                float3 normalWS = TransformObjectToWorldNormal(IN.normalOS);
                // posWS += normalWS * _OutlineWidth; // 沿法线方向扩展
                OUT.positionCS = TransformWorldToHClip(posWS);
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {
                return _OutlineColor;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

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【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

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