概述

最近在工作中需要實現(xiàn)一個功能，用到了模板測試。但奇怪的是，模板測試竟然不起作用！在解決問題的過程中，發(fā)現(xiàn)了一些有趣的知識點。通過本文，可以了解在unity中，深度緩沖和模板緩沖到底是怎么存儲的。

測試環(huán)境的搭建

Unity版本：2021.3.16f1

URP版本：12.1.8

RenderDoc：1.29

需要注意的是，URP的版本迭代，代碼改動較大，最好與上面的版本一致。否則，可能會因為版本不同，產(chǎn)生無謂的麻煩。

后面的實驗需要使用到RenderDoc。關于怎么在Unity中使用RenderDoc，可以查看最后的參考文獻部分。

1. 由于后續(xù)需要修改URP的源碼進行測試，所以需要移動URP源碼的路徑。新建URP項目，源碼的路徑是類似這種：xxx\Library\PackageCache（xxx是URP項目的文件夾名）。需要將以下兩個URP源碼文件夾移動到xxx\Packages文件夾下：

   移動后，Packages文件夾類似這樣：

2. 實現(xiàn)一個基礎的Shader,包含了深度測試和模板測試。代碼很簡單，就不贅述了。如下所示：

   Shader "Test/Hello World"
   {
       Properties
       {
           _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
           
           [Header(Stencil)]
           [Enum(UnityEngine.Rendering.CompareFunction)]_StencilComp ("Stencil Comparison", Float) = 8
           [IntRange]_Stencil ("Stencil ID", Range(0,255)) = 0
           [Enum(UnityEngine.Rendering.StencilOp)]_StencilPass ("Stencil Pass", Float) = 0
       }
       SubShader
       {
           Tags { "Queue" = "Geometry" "RenderType" = "Opaque" "RenderPipeline" = "UniversalPipeline" }
           
           Pass
           {
               Tags { "LightMode" = "UniversalForward" }
               Cull Off
               ZTest LEqual
               ZWrite On
               
               Stencil
               {
                   Ref [_Stencil]
                   Comp [_StencilComp]
                   Pass [_StencilPass]
               }
               
               HLSLPROGRAM
               
               #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
               
               #pragma vertex vert
               #pragma fragment frag
               
               struct Attributes
               {
                   float4 positionOS: POSITION;
               };
               
               struct Varyings
               {
                   float4 vertex: SV_POSITION;
               };
               
               half4 _Color;
               
               Varyings vert(Attributes input)
               {
                   Varyings output = (Varyings)0;
                   
                   output.vertex = TransformObjectToHClip(input.positionOS.xyz);
                   
                   return output;
               }
               
               half4 frag(Varyings input): SV_Target
               {
                   return _Color;
               }
               ENDHLSL
               
           }
       }
   }
   
   

3. 需要設置一下測試的場景環(huán)境。使用上面的Shader新建兩個材質(zhì)球：Far和Near，如下設置：

   Far材質(zhì)球，設置為總是通過模板測試，替換模板值3，Render Queue設為2000。

   Near材質(zhì)球，設置模板緩沖值為3時才通過，保留模板緩沖值，Render Queue設為2010。

   通過上面的設置，會先渲染Far材質(zhì)球，寫入模板緩沖3。然后再渲染Near材質(zhì)球，只有模板緩沖中值為3的區(qū)域才會渲染。

   使用Frame Debugger查看渲染流程，可以發(fā)現(xiàn)，確實是先渲染Far，再渲染Near。整體的渲染流程如下：

   注意上圖中紅框中的部分，是顏色緩沖紋理的名稱。在代碼中使用全局搜索，可以找到如下部分：

   通過觀察分析，可以發(fā)現(xiàn)，深度緩沖和模板緩沖，主要是受到下面代碼的影響：

   colorDescriptor.depthBufferBits的代碼注釋如下：

   這個值代表渲染紋理的深度緩沖精度比特值，支持0,16,24,32這四個值。

   下面，分別把colorDescriptor.depthBufferBits設為上面的四個值，查看效果。

   實驗

   實驗一 設為0

   colorDescriptor.depthBufferBits = (useDepthRenderBuffer) ? 0 : 0;
   

   1. 場景效果

   2. Frame Debugger

   3. RenderDoc

      分析：從場景效果看，只渲染了天空盒，沒有顯示出Far或Near。但從Frame Debugger上看，流程并沒有改變，還是先渲染Far，再渲染Near，接著再渲染天空盒。只是天空盒將Far和Near都覆蓋了。從RenderDoc看，只有顏色紋理RT0。從這些內(nèi)容分析以下，應該是因為沒有了深度緩沖和模板緩沖，導致深度測試和模板測試不起作用了。

實驗二 設為16

colorDescriptor.depthBufferBits = (useDepthRenderBuffer) ? 16 : 0;

1. 場景效果

2. Frame Debugger 與上面相同，略

3. RenderDoc

   分析：從場景效果看，顯示出Far和Near，但是模板測試并沒有起作用，因為完整的渲染出了Near。從Frame Debugger上看，流程并沒有改變。從RenderDoc看，除了顏色紋理RT0，還多渲染了一張紋理DS（從名字看，應該是Depth Stencil）。在RT0中右鍵選中Far范圍內(nèi)的一點，再切換到DS，可以在RenderDoc的底部看到選中點的深度、模板信息。從上圖可以看出，DS紋理的格式是R16，后面的值是選中點的深度緩沖值。這樣，可以推測，有了深度緩沖，深度測試應該是起作用了，但是模板緩沖還是沒有起作用，因為沒有模板緩沖。

實驗三 設為24

colorDescriptor.depthBufferBits = (useDepthRenderBuffer) ? 24 : 0;

1. 場景效果

2. Frame Debugger 與上面相同，略

3. RenderDoc

   分析：從場景效果和Frame Debugger上看，效果和流程與開始實驗前完全一樣。從RenderDoc看，與設為16時一樣，都有RT0和DS兩張紋理。但DS紋理的格式和內(nèi)容是不同的，在上圖底部可以發(fā)現(xiàn)，DS的格式是D32S8，后面還有深度緩沖值和模板緩沖值。與設為16時相比，DS紋理的格式不同，紋理的信息中，還多了模板緩沖值。這樣，可以推測，深度緩沖和模板緩沖都有了，深度測試和模板測試也都起作用了。

實驗四 設為32

colorDescriptor.depthBufferBits = (useDepthRenderBuffer) ? 32 : 0;

1. 場景效果與上面相同，略

2. Frame Debugger 與上面相同，略

3. RenderDoc與上面相同，略

可以發(fā)現(xiàn)，設為32時，與設為24時的效果完全相同。這是為什么呢？

colorDescriptor.depthBufferBits的源碼如下：

    public int depthBufferBits
    {
      get => GraphicsFormatUtility.GetDepthBits(this.depthStencilFormat);
      set => this.depthStencilFormat = RenderTexture.GetDepthStencilFormatLegacy(value, this.graphicsFormat);
    }

設為24時，單步調(diào)試的結果如下：

設為32時，單步調(diào)試的結果如下：

從上面可以發(fā)現(xiàn)，設置depthBufferBits的int值，并不會向一般的屬性那樣直接存儲int值。而是經(jīng)過計算之后，存儲到GraphicsFormat類型的變量中。而當設置的值是24和32時，保存的GraphicsFormat類型的變量都是D32_SFloat_S8_UInt。這也就解釋了為什么設為24和32時，RenderDoc中完全一致的問題。

實驗結論

上面的實驗結果，可以用下面的圖表簡潔表達：

	DS紋理	深度測試	模板測試
0	?	?	?
16	?	?	?
24	?	?	?
32	?	?	?

回到最初遇到的問題：模板測試不起作用。根據(jù)上面的表格，在項目中查了一下，是因為depthBufferBits設為了0，導致深度測試和模板測試都不起作用了。思路延伸一下：從性能優(yōu)化的角度考慮，如果某種情況下不需要深度測試或模板測試，可以賦予depthBufferBits一個比較低的值，這樣，DS紋理占用的內(nèi)存會比較小，甚至不需要申請DS紋理的內(nèi)存。

參考

• [1] RenderDoc Integration

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【躬行】-深度缓冲和模板缓冲是怎么存储的？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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