走进 Stencil Buffer 系列 2：非欧空间

零、遗留问题

首先让我们解答上一篇中所遗留的问题吧。

上一篇所谓的“边界融合”指的是：在我们视角空间下，相同描边材质的两个物体挨在一起的时候，两个物体中间视线遮挡处的描边边界不见了，看起来就像是给一个物体描边一样。

就如下面这张↓图

这是为什么呢？

答案其实上一篇已经解释过了噢，在上一篇文章里我们假设描边处参考值是1，物体原本模型处参考值是 0。

又因为他们所用同一个材质，那么进行模板测试的时候，较前的物体边框参考值 1 与较后物体原本模型参考值 0 进行比较。

1 和 0 显然不一样，那么就抛弃较前物体边框的颜色，保留原有较后物体原本模型（纹理）颜色。就是描边边界消融的效果啦。

一、非欧几里得空间

什么是非欧几里得空间？

那就得先解释什么是欧几里得空间。简单来说：我们现实所处在的三维立体空间就是欧几里得空间。

那非欧几里得空间，又简单来说：违反现实三维空间几何规律的空间就可以认为是非欧几里得空间辣。

比如大名鼎鼎的《传送门（Portal）》，还有近期的《笼中窥梦（Moncage）》都是很典型的例子。

《笼中窥梦(Moncage)》游戏

《笼中窥梦（Moncage）》游戏

二、实现原理

1. 我们首先来做个拆解，将上图正方体拆成 6 个面世界（后面也有三个面没画出来）。一个面显示一个世界。

2. 我们再单独拿出一个面世界来说明：

一个面世界在游戏引擎里其实由一个四边形面片（Quad）和一个（组）三维物体（GameObjects）组成。如下图：

想要达成非欧几里得的效果，只需要如下设置：

一个面世界中，只有通过这个四边形面片（Quad），才能看到这个里面的三维物体（GameObjects）。
各个面世界不相互干扰，一个面只负责显示一个世界。

我们首先解决第一点问题：单独一个面世界的显示

我们如何达到上图的效果呢？

首先在上图中我们发现：四边形面片（Quad）是没有颜色的。像全透明的一样。

在 ShaderLab 中,我们可以使用 ColorMask 指令来控制 Pass 渲染颜色的输出

ColorMask RGBA     // 默认输出 Pass 计算出的所有通道颜色
ColorMask R        // 只输出 Pass 计算出的 R 通道颜色 
    ...
ColorMask 0        // 不输出任何通道颜色

这里我们使用 ColorMask 0 指令就不会输出任何颜色，就好像全透明一样。

其次，也是最最最重要的设置：只有通过这个四边形面片（Quad），才能看到这个里面的三维物体（GameObjects）

（不用想，这系列都是讲 Stencil Test 模板测试的，绝对和它脱离不了关系 ←_←）。

没有错，又双叒叕是 Stencil Test 模板测试哈哈哈。

其实和轮廓描边本质上原理是一样的：

首先渲染四边形面片（Quad），并且向 Stencil Buffer 中写入一个 Ref 参考值，假设是 1吧；
然后为面世界中的所有物体们设置一个 Ref 参考值也是 1，并且使用 Comp Equal 进行模板测试比较。又因为只有在四边形面片（Quad）渲染过的地方，Stencil Buffer 中缓冲值才会 1，使其相等，才能通过模板测试，保留模型本身渲染的颜色（即正常显示出来）；
在其余地方，因为 Ref 参考值和缓冲值不相等，物体渲染出颜色将会被抛弃（即不能显示出来）。

我们再来解决第二点问题：面世界之间互不干扰

为了更好的区分各个面世界之间的边界。我们简单地做了上面↑这样的模型。

要想让面世界之间互不干扰：你显示你的，我显示我的。就像上图所显示那样。

其实很简单，只需要为每个面世界设置不同的 Ref 参考值就好了。

比如左边显示圆球的面世界中，四边形面片（Quad）与其中的物体们（GameObjects）的参考值都设置为 1。

右边显示圆柱的面世界中，四边形面片（Quad）与其中的物体们（GameObjects）的参考值都设置为 2。

原理和上面是一样的，只有相同参考值参会被显示。就不再赘述了。

三、具体实现

1. 首先创建两个 Shader 文件

StencilGeometry 是给面世界中的物体们（GameObjects）的，

StencilMask 是给面世界的四边形面片（Quad）的。（PS：从名字 Mask 遮罩看出，四边形面片的作用就像遮罩一样）

2. StencilMask 的核心代码

Shader "Unlit/StencilMask"
{
    Properties
    {
        _RefValue("Stencil RefValue",Int) = 0
    }
    SubShader
    {
        //Queue 渲染队列设置到 Geometry-1 是因为想在被遮挡物体渲染之前就进行渲染，写入 stencil 值
        Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry-1"}

        //[_RefValue] 就是我们自己设置的参考值
        //Always 表示了无论如何都通过模板测试
        //Replace 表示通过模板测试后用参考值替换掉 Stencil Buffer 中此像素原有的 stencil 值（缓冲值）
        Stencil{
            Ref [_RefValue]
            Comp Always
            Pass Replace
        }

        //关闭深度写入，因为是四边形面片 Queue 较小，较先渲染
        //如果还开启深度写入，后续的面世界内的物体都不能通过深度测试（Depth Test），就都不会被显示出来了。
        ZWrite Off

        //关闭颜色写入
        ColorMask 0

        Pass{
        //普通正常 Unlit 的 Pass
        }
    }
}

以上基本有注释的地方，都是重点。具体原理就不再赘述了。

额外需要注意的地方：

渲染顺序 Queue 标签。
关闭 Zwrite 深度写入。

3. StencilGeometry 核心代码

Shader "Unlit/StencilGeometry"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Diffuse("Color Tint",Color) = (1,1,1,1)
        _RefValue("Stencil RefValue",Int) = 0
    }
    SubShader
    {
        //除了要注意 Queue 要比 StencilMask 的要大，正常设置就好。
        Tags { "RenderType"="Opaque"  "Queue"="Geometry"}

        //[_RefValue] 就是我们自己设置的参考值
        //Equal 表示了只有和缓冲值相等才通过测试，物体才能被显示出来
        //Keep 表示通过模板测试后，保留原有缓冲值。
        Stencil{
            Ref [_RefValue]
            Comp Equal
            Pass Keep
        }

        Pass{
            //面世界内物体正常的渲染
        }

    }
}

同上 基本有注释的地方，都是重点。具体原理就不再赘述了。