Unity3D Shader中Queue如何使用渲染队列进行深度排序

在Unity3D中，Shader的渲染顺序对于最终的渲染效果至关重要。渲染顺序决定了物体在屏幕上的显示顺序，尤其是在透明物体和不透明物体的混合渲染中，正确的渲染顺序可以避免视觉上的错误。Unity通过Queue标签来控制Shader的渲染顺序，本文将详细介绍如何使用Queue标签进行深度排序。

1. 渲染队列的概念

在Unity中，渲染队列（Render Queue）是一个用于控制渲染顺序的机制。每个Shader都可以指定一个渲染队列值，Unity会根据这个值来决定物体的渲染顺序。渲染队列值越小，物体越早被渲染；渲染队列值越大，物体越晚被渲染。

Unity内置了一些预定义的渲染队列值，开发者可以直接使用这些值，也可以自定义渲染队列值。

1.1 预定义的渲染队列

Unity提供了以下预定义的渲染队列值：

• Background (1000)：用于背景物体，通常是最早被渲染的物体。
• Geometry (2000)：用于不透明物体，这是默认的渲染队列。
• AlphaTest (2450)：用于需要进行Alpha测试的物体，通常在不透明物体之后渲染。
• Transparent (3000)：用于透明物体，通常在AlphaTest之后渲染。
• Overlay (4000)：用于覆盖在其他物体之上的物体，如UI元素。

1.2 自定义渲染队列

除了使用预定义的渲染队列值，开发者还可以自定义渲染队列值。自定义的渲染队列值可以介于预定义值之间，也可以超出预定义值的范围。例如，可以将一个物体的渲染队列值设置为2500，这样它会在AlphaTest和Transparent之间被渲染。

2. 在Shader中使用Queue标签

在Shader中，可以通过Queue标签来指定渲染队列。Queue标签通常写在SubShader或Pass块中。以下是一个简单的示例：

Shader "Custom/MyShader"
{
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Transparent" }
        Pass
        {
            // Shader代码
        }
    }
}

在这个示例中，Queue标签被设置为Transparent，表示这个Shader的渲染队列为3000，即透明物体的渲染队列。

2.1 使用预定义的渲染队列

Unity的预定义渲染队列值可以直接在Queue标签中使用。例如：

Tags { "Queue"="Background" }  // 渲染队列值为1000
Tags { "Queue"="Geometry" }    // 渲染队列值为2000
Tags { "Queue"="AlphaTest" }   // 渲染队列值为2450
Tags { "Queue"="Transparent" } // 渲染队列值为3000
Tags { "Queue"="Overlay" }     // 渲染队列值为4000

2.2 使用自定义渲染队列

如果需要更精细的控制渲染顺序，可以使用自定义的渲染队列值。例如：

Tags { "Queue"="Geometry+1" }  // 渲染队列值为2001
Tags { "Queue"="Transparent-100" } // 渲染队列值为2900

在这个示例中，Geometry+1表示渲染队列值为2001，Transparent-100表示渲染队列值为2900。

3. 渲染队列与深度排序

渲染队列的主要作用是控制物体的渲染顺序，而深度排序（Depth Sorting）则是确保物体在渲染时能够正确地遮挡或混合。深度排序通常与渲染队列结合使用，以确保透明物体和不透明物体能够正确地显示。

3.1 不透明物体的渲染

对于不透明物体，Unity通常使用深度测试（Depth Test）来确保物体之间的正确遮挡关系。不透明物体的渲染顺序通常不会影响最终的渲染结果，因为深度测试会确保前面的物体遮挡后面的物体。

3.2 透明物体的渲染

对于透明物体，渲染顺序非常重要。透明物体通常需要从后往前渲染，以确保正确的混合效果。如果透明物体的渲染顺序不正确，可能会导致视觉上的错误，如透明物体遮挡不透明物体，或者透明物体之间的混合效果不正确。

3.3 深度排序与渲染队列的结合

在Unity中，透明物体的渲染顺序通常由渲染队列和深度排序共同决定。Unity会根据物体的渲染队列值进行初步排序，然后在同一渲染队列内根据物体的深度进行进一步排序。

例如，假设有两个透明物体A和B，A的渲染队列值为3000，B的渲染队列值为3001。Unity会先渲染A，再渲染B。如果A和B的渲染队列值相同，Unity会根据它们的深度进行排序，从后往前渲染。

4. 实际应用中的注意事项

在实际开发中，使用渲染队列进行深度排序时需要注意以下几点：

4.1 透明物体的渲染顺序

透明物体的渲染顺序非常重要，错误的渲染顺序会导致视觉上的错误。通常情况下，透明物体应该从后往前渲染，以确保正确的混合效果。

4.2 渲染队列值的设置

在设置渲染队列值时，需要根据物体的类型和渲染需求进行合理的设置。例如，背景物体应该使用Background队列，不透明物体应该使用Geometry队列，透明物体应该使用Transparent队列。

4.3 自定义渲染队列的使用

自定义渲染队列值可以用于更精细的控制渲染顺序，但需要注意不要与其他物体的渲染队列值冲突。例如，如果两个透明物体的渲染队列值相同，Unity会根据它们的深度进行排序，这可能会导致渲染顺序不符合预期。

4.4 渲染队列与性能

渲染队列的设置不仅影响渲染顺序，还可能影响渲染性能。例如，将大量物体设置为Transparent队列可能会导致性能下降，因为透明物体通常需要进行更多的渲染计算。因此，在设置渲染队列值时，需要权衡渲染效果和性能。

5. 示例：透明物体的渲染顺序控制

以下是一个简单的示例，展示如何使用渲染队列控制透明物体的渲染顺序。

Shader "Custom/TransparentShader"
{
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Transparent" }
        Pass
        {
            Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
            ZWrite Off
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };
            struct v2f
            {
                float4 pos : SV_POSITION;
            };
            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                return fixed4(1, 0, 0, 0.5); // 半透明红色
            }
            ENDCG
        }
    }
}

在这个示例中，Shader的渲染队列被设置为Transparent，表示这是一个透明物体。Blend指令用于设置混合模式，ZWrite Off表示关闭深度写入，以确保透明物体不会遮挡其他透明物体。

6. 总结

在Unity3D中，Queue标签是控制渲染顺序的重要工具。通过合理设置渲染队列值，可以确保物体在渲染时能够正确地遮挡或混合，从而获得预期的渲染效果。在实际开发中，需要根据物体的类型和渲染需求，合理设置渲染队列值，并注意透明物体的渲染顺序和性能问题。

通过本文的介绍，相信读者已经对Unity3D Shader中Queue标签的使用有了更深入的理解。希望本文能够帮助开发者在实际项目中更好地控制渲染顺序，提升渲染效果。