【Unity Shaders】Transparency —— 使用alpha通道创建透明效果

本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书（感谢原书作者），同时会加上一点个人理解或拓展。

这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源（当然你也可以从官网下载）。

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写在前面

从这篇开始是一个全新的章节：透明效果（Transparency）。之前在制作LOGO闪光效果的时候就一直调不出来背景透明，就是那个时候决定要学一下Shader的基础知识，不求成为多么厉害的大神，只望对渲染的内部原理有些许了解~

开始正文。

在我们学习如何编写透明的Surface Shader的开始，我们需要理解应该包含哪些代码使得我们可以开启透明效果。Unity再一次慷慨地为我们提供了一些内置参数，我们可以通过包含这些参数来快速得到透明效果。

这是通过在Shader的#pragma声明中添加alpha参数来实现的。这句话告诉Unity我们想要在Shader中使用透明度。但当我们在创建透明Shaders时，需要仔细考虑一些事情，那就是代码中元素的绘制顺序。这篇文章将会讲述一些基本问题，来得到一个非常简单的透明物体。在下面的章节中，将会讲解其他有关透明度的问题。

准备工作

和以前一样，我们需要创建一个新的场景。

1. 创建一个新的场景，添加一个平行光以及一个球体（Sphere）。
2. 创建一个新的Shader和新的Material，可以命名为SimpleAlpha。把Shader赋给Material后，再把该Material赋给第一步中的球体。
3. 最后，我们需要一张贴图作为控制隐私，来控制哪些部分是透明的，哪些部分是不透明的。

下图是我们用到的贴图。这张贴图仅包含单纯的RGB和白色（自带资源中没有，可以自己画，很简单）。我们使用它的RGB通道作为一个取值为0或1的透明度值。

实现

这篇Shader非常简单。

1. 在Properties块中添加一个新的property，这使得我们可以全局控制透明度。

   	Properties {
   		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
   		_TransVal ("Transparency Value", Range(0,1)) = 0.5
   	}

2. 改变渲染队列：

   Tags { "Queue"="Transparent" }

   解释：这一步很重要，原书中没有添加这一句实际是错误的。

3. 然后，我们在#pragma声明中添加一个新的参数：alpha参数。

   		CGPROGRAM
   		#pragma surface surf Lambert alpha

   解释：再解释一遍上面这句声明的意思。使用名为surf的Surface Function，使用内置的Lambert光照函数，开启透明通道。

4. 最后，在surf()函数中添加控制透明度的代码。

   		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
   			half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
   			o.Albedo = c.rgb;
   			o.Alpha = c.b * _TransVal;
   		}

完整代码如下：

Shader "Custom/SimpleAlpha" {
	Properties {
		_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
		_TransVal ("Transparency Value", Range(0,1)) = 0.5
	}
	SubShader {
		Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Transparent"}
		LOD 200
 
		CGPROGRAM
		#pragma surface surf Lambert alpha
 
		sampler2D _MainTex;
		float _TransVal;
 
		struct Input {
			float2 uv_MainTex;
		};
 
		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
			half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
			o.Albedo = c.rgb;
			o.Alpha = c.b * _TransVal;
		}
		ENDCG
	}
	FallBack "Diffuse"
}

如果没有透明效果，如下所示：

最后效果如下（从左到右分别对应了o.Alpha = c.r * _TransVal, o.Alpha = c.g * _TransVal, o.Alpha = c.b * _TransVal）：

解释

你可以看到，使用Unity的Surface Shaders得到透明效果是非常容易的。这类Shader依赖三个元素：正确设置Shader渲染队列，#pragma声明中的alpha参数，以及在SurfaceOutput结构体中的Alpha值。

Tags { "Queue"="Transparent" }一步将决定半透明物体和不透明物体之间正确的渲染关系，如果没有正确设置，那么很有可能就会出现后面的物体跑到了透明物体的前面。具体解释可以参见这篇文章。

一旦我们在#pragma声明中添加了alpha参数，这就告诉了Unity：嘿，接下来你要允许我渲染一个透明的surface。然后，我们就仅仅需要逐像素地使用一个取值范围为0到1的值来填充SurfaceOutput结构体中的O.Alpha值。从颜色角度讲（这里的颜色指一个灰度值，因为透明度可以用一个单通道的灰度值来表示），一个为1的透明度，即白色，将会产出一个完全不透明的效果。而0值，即黑色，表示一个完全透明的效果。

这就解释了上述的效果。例如，当我们使用如下语句控制透明度：

o.Alpha = c.r * _TransVal

则贴图中除了红色部分以及白色部分（白色的RGB通道值均为1）其R通道的值为1，其余（绿色和蓝色部分）均为0。因此只有红色和白色的部分才不透明。

尽管关于透明度有很多东西，但我们要知道，上述是其最基本的实现。在下面的章节中，我们将开始如何在实时渲染中使用alpha通道或者半透明的Shader。