1. 项目概述当“透视”成为游戏叙事的新语言在游戏开发尤其是高品质的3D项目中视觉效果的创新往往直接决定了玩家的沉浸感与叙事表达的深度。我们早已不满足于简单的材质和光照而是追求那些能打破常规、传递特定信息的“魔法”效果。比如如何让玩家透过一堵厚实的墙壁看到其后隐藏的关键道具或敌人如何实现角色在特定状态下如“幽灵形态”、“X光视野”对场景的穿透性观察这些需求指向了一个共同的技术目标透视See-Through效果。传统的实现方式如调整材质透明度或使用简单的裁剪往往显得生硬、不真实且难以与HDRP高清渲染管线复杂的后期处理、光照和深度系统完美融合。这时HDRP的Custom Passes自定义通道系统便成为了实现高质量、可定制化透视效果的利器。它允许我们在渲染管线的特定注入点插入自定义的渲染逻辑直接操作颜色、深度、模板等核心缓冲区从而创造出标准材质无法企及的视觉魔法。最近一个名为“Unity Modular Stylized Christmas Market Bundle HDRP”的资产包在社区流行起来其精美的圣诞市场场景正是HDRP能力的绝佳展示。想象一下在这个场景中我们想实现一个“圣诞精灵的透视眼”功能玩家激活后可以透过堆积如山的礼物盒看到里面藏着的特殊礼物。这种效果的核心正是我们今天要深入拆解的HDRP Custom Passes SeeThrough通道实现。它不仅仅是“让东西变透明”而是一套基于深度、模板测试和色彩混合的精密系统能智能地处理遮挡关系保留边缘细节并与场景光照和谐共存。本文将从一个实战开发者的角度彻底解析如何利用HDRP Custom Passes构建一个健壮、高效的See-Through透视系统。我们会从原理内核讲起一步步拆解实现步骤并分享在实际项目尤其是类似风格化场景中积累的调试技巧和性能优化心得。无论你是想为解谜游戏增加核心机制还是为动作游戏打造酷炫的技能特效这套方案都能为你提供坚实的底层支持。2. 核心原理拆解深度、模板与色彩混合的三重奏要实现一个看起来“正确”的透视效果远非设置alpha值那么简单。我们必须回答几个关键问题透视哪些物体透视的部分如何与背景融合被透视物体本身的细节如边缘、内部结构如何保留这背后是图形学中几个核心概念的协同工作。2.1 深度缓冲Depth Buffer决定“谁在前谁在后”深度缓冲是GPU用于记录每个像素距离摄像机远近信息的缓冲区。它是解决物体间遮挡关系的根本。在标准渲染中如果一个物体A在物体B后面那么A的像素就会被B的深度值“覆盖”从而不被绘制。对于透视效果我们的目标恰恰相反要让被指定物体如墙壁后面的内容可见。但这不能简单地禁用深度测试否则会引发渲染顺序错乱。更优雅的做法是在渲染被透视物体时我们采用一种特殊的策略正常写入深度但在着色器中对被透视物体本身的颜色进行特殊处理使其不会完全遮挡背景。同时我们需要确保背景物体即我们想透过墙壁看到的东西的渲染不受影响。这就需要引入第二个关键机制模板缓冲。2.2 模板缓冲Stencil Buffer精准标记“透视区域”模板缓冲是一个每像素的整数缓冲区常用于标记屏幕上的特定区域。在See-Through效果中它是实现精准控制的核心。基本思路如下第一次渲染标记阶段使用一个Custom Pass在Depth Prepass深度预通道或Before Rendering渲染前注入点渲染所有需要被透视的物体如墙壁。但这次渲染的目的不是输出颜色而是向模板缓冲区写入一个特定的标记值例如1。同时这个Pass不写入颜色缓冲仅操作深度和模板。第二次渲染绘制阶段在稍后的注入点如Before Post Process后处理前使用另一个Custom Pass执行一个全屏Fullscreen的Shader。这个Shader会检查每个像素的模板值。如果模板值等于我们之前标记的值即1说明这个像素位置对应着需要被透视的物体表面。在标记区域执行透视算法对于这些被标记的像素我们采样当前摄像机的颜色缓冲即已经渲染好的、包含背景物体的画面也采样被透视物体自身的颜色如果需要显示其轮廓或半透明形态。然后通过一个自定义的混合公式将两者结合。例如我们可以让背景颜色占主导同时混合一点物体边缘的高光从而模拟出“半透”且能看到背后景象的效果。这种“先标记后处理”的流程将透视效果的控制粒度从“物体级”细化到了“像素级”使得我们可以做出非常复杂的效果比如只透视物体的某个部分或者根据距离渐变透视强度。2.3 色彩混合与边缘增强提升视觉可信度直接让被透视区域显示纯背景会非常突兀看起来像墙上开了个洞。为了增强真实感我们需要在混合时考虑边缘保留被透视物体的轮廓需要被强调否则物体会“融化”在背景中。这通常通过在边缘像素混合更多物体自身颜色或一个特定的边缘色来实现。可以通过计算深度或法线的变化率即求导来检测边缘。色彩融合简单的lerp线性插值混合可能很平淡。更高级的做法是模拟一些光学现象例如折射扭曲对背景采样坐标进行基于法线的轻微偏移模拟光线穿过不均匀介质如毛玻璃、水产生的扭曲。色调与亮度衰减让透过的背景色彩发生轻微变化例如变暗、变蓝模拟物体材质对光线的吸收。基于厚度的透明度如果能在Shader中获取物体的厚度信息例如通过渲染背面深度并与正面深度相减就可以实现中心厚的地方更不透边缘薄的地方更透明的效果这对于表现玻璃、冰块等材质至关重要。理解了这三层原理我们就掌握了构建See-Through效果的基石。接下来我们将进入实战环节看看如何用HDRP Custom Passes将这些原理落地。3. 实战构建一步步搭建你的See-Through系统理论足够扎实后我们开始动手搭建。我将基于一个典型的HDRP项目例如前面提到的圣诞市场场景来演示。请确保你的Unity项目已安装并正确配置了HDRP。3.1 环境准备与核心资产创建首先我们需要创建两个最核心的脚本一个C#脚本用于定义Custom Pass的逻辑和配置一个HLSL Shader Graph或.unlit shader文件用于实现具体的透视着色算法。1. 创建C# Custom Pass脚本 (SeeThroughCustomPass.cs)在项目中创建脚本SeeThroughCustomPass.cs继承自CustomPass。这个类将负责管理透视物体列表、模板值设置以及调用渲染命令。using UnityEngine; using UnityEngine.Rendering.HighDefinition; using UnityEngine.Rendering; using UnityEngine.Experimental.Rendering; public class SeeThroughCustomPass : CustomPass { // 配置参数 public LayerMask seeThroughLayer; // 指定哪些层的物体可以被透视 public Material seeThroughMaterial; // 用于渲染透视效果的材质 public int stencilRefValue 1; // 使用的模板参考值 // 用于临时存储渲染目标 RTHandle colorBufferHandle; RTHandle depthBufferHandle; protected override void Setup(ScriptableRenderContext renderContext, CommandBuffer cmd) { // 初始化RTHandle用于获取缓冲区 colorBufferHandle RTHandles.Alloc(Vector2.one, colorBuffer: true); depthBufferHandle RTHandles.Alloc(Vector2.one, colorBuffer: false); } protected override void Execute(CustomPassContext ctx) { // 1. 获取当前摄像机的颜色和深度缓冲区 // 注意根据注入点的不同获取的缓冲区内容也不同 var cameraColorBuffer ctx.cameraColorBuffer; var cameraDepthBuffer ctx.cameraDepthBuffer; // 2. 设置渲染状态使用我们指定的模板值进行标记 CoreUtils.SetRenderTarget(ctx.cmd, cameraColorBuffer, cameraDepthBuffer, ClearFlag.None, // 不清除因为我们只是标记 stencilRefValue); // 设置模板状态总是通过测试并替换参考值 var stencilState StencilState.defaultValue; stencilState.enabled true; stencilState.SetCompareFunction(CompareFunction.Always); stencilState.SetPassOperation(StencilOp.Replace); stencilState.SetFailOperation(StencilOp.Replace); stencilState.SetZFailOperation(StencilOp.Replace); ctx.cmd.SetStencilState(stencilState); ctx.cmd.SetStencilReference(stencilRefValue); // 3. 渲染指定层的物体到模板缓冲区 // 使用一个简单的、只输出深度的Shader或者一个不写入颜色的Unlit Shader ctx.cmd.DrawRenderers(ctx.renderContext, ref ctx.renderingData.cullResults, ctx.hdCamera.frameSettings, new ShaderTagId(DepthOnly), // 或 SRPDefaultUnlit overrideMaterial: seeThroughMaterial, // 可以在这里覆盖材质 overrideMaterialPassIndex: 0, layerMask: seeThroughLayer); // 4. 可选保存当前状态后续全屏Pass会用到 // 这里通常会将cameraColorBuffer拷贝到colorBufferHandle // 但更常见的做法是标记和绘制在两个独立的Custom Pass Volume中完成 } protected override void Cleanup() { // 释放分配的资源 colorBufferHandle?.Release(); depthBufferHandle?.Release(); } }注意在实际项目中通常会将“标记模板”和“执行全屏透视着色”拆分成两个独立的CustomPass并分别放在两个Custom Pass Volume中。第一个Volume在Before Rendering阶段标记模板第二个Volume在Before Post Process阶段执行全屏Shader。这样逻辑更清晰也符合HDRP渲染管线的阶段划分。2. 创建全屏透视Shader (SeeThroughShader.shader)创建一个Unlit Shader用于在标记区域执行混合。这里提供一个简化版的HLSL代码框架你可以将其转换为Shader Graph节点或直接使用代码。Shader Hidden/SeeThroughFullscreen { Properties { _EdgeColor(Edge Color, Color) (1,0,0,1) _EdgeWidth(Edge Width, Range(0, 0.1)) 0.02 _SeeThroughIntensity(See Through Intensity, Range(0, 1)) 0.8 } SubShader { Tags { RenderTypeOpaque RenderPipelineHDRP } Pass { Name SeeThroughFullscreen Cull Off ZWrite Off ZTest Always // 全屏效果标准设置 HLSLPROGRAM #pragma vertex Vert #pragma fragment Frag #include Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Common.hlsl #include Packages/com.unity.render-pipelines.high-definition/Runtime/ShaderLibrary/ShaderVariables.hlsl struct Attributes { uint vertexID : SV_VertexID; }; struct Varyings { float4 positionCS : SV_POSITION; float2 texcoord : TEXCOORD0; }; Varyings Vert(Attributes input) { Varyings output; output.positionCS GetFullScreenTriangleVertexPosition(input.vertexID); output.texcoord GetFullScreenTriangleTexCoord(input.vertexID); return output; } TEXTURE2D(_CameraColorTexture); SAMPLER(sampler_CameraColorTexture); float4 _EdgeColor; float _EdgeWidth; float _SeeThroughIntensity; // 深度纹理和其采样器用于边缘检测 TEXTURE2D(_CameraDepthTexture); SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture); float4 Frag(Varyings input) : SV_Target { // 1. 采样当前模板缓冲需要通过CustomPass设置 // 假设模板值已经通过某个方式传递进来这里简化为一个uniform // 实际中可能需要通过_CustomStencil纹理采样 // 2. 采样当前帧颜色和深度 float4 sceneColor SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraColorTexture, sampler_CameraColorTexture, input.texcoord); float depth SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.texcoord).r; float linearDepth LinearEyeDepth(depth, _ZBufferParams); // 3. 简单的边缘检测基于深度变化 float2 texelSize 1.0 / _ScreenSize.xy; float depthRight SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.texcoord float2(texelSize.x, 0)).r; float depthLeft SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.texcoord - float2(texelSize.x, 0)).r; float depthUp SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.texcoord float2(0, texelSize.y)).r; float depthDown SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, input.texcoord - float2(0, texelSize.y)).r; float depthDiff abs(depthRight - depth) abs(depthLeft - depth) abs(depthUp - depth) abs(depthDown - depth); float edgeFactor smoothstep(0, _EdgeWidth * linearDepth, depthDiff); // 4. 色彩混合逻辑 // 假设stencilOn为1表示该像素是需要透视的区域 // 这里简化处理在透视区域混合背景色和边缘色 float4 finalColor sceneColor; // if (stencilOn) { // 伪代码 // 基础透视显示背景 float4 seeThroughColor sceneColor; // 增强边缘 seeThroughColor lerp(seeThroughColor, _EdgeColor, edgeFactor); // 整体混合回原场景模拟半透明叠加 finalColor lerp(sceneColor, seeThroughColor, _SeeThroughIntensity); // } return finalColor; } ENDHLSL } } }这个Shader是一个高度简化的示例实际应用中需要从Custom Pass中传入模板缓冲区纹理并实现更复杂的混合逻辑。3.2 在场景中配置Custom Pass Volume在场景中创建一个空GameObject命名为“SeeThrough Volume”。为其添加Custom Pass Volume组件。将Volume的Injection Point设置为Before Post Process这是执行全屏后处理效果的典型位置。在Volume的Custom Passes列表中添加一个FullScreen Custom Pass。将我们创建的SeeThroughFullscreen材质赋给FullScreen Custom Pass的Fullscreen Shader属性。实操心得对于“标记模板”的Pass建议创建另一个Custom Pass Volume将其Injection Point设置为Before Rendering或After Opaque Depth Normal并添加一个Draw Renderers Custom Pass。在这个Pass中设置好目标图层和模板状态使用一个只写入深度/模板的简单材质来渲染需要透视的物体。这样两个Volume各司其职管线清晰。3.3 关键参数详解与效果调优系统搭建好后效果的好坏就取决于参数的精细调节。以下几个参数是调优的关键stencilRefValue模板参考值这是一个0-255的整数。确保你场景中其他可能使用模板测试的效果如UI遮罩、其他特效不会使用相同的值以免冲突。通常从1开始即可。_EdgeWidth边缘宽度控制边缘检测的灵敏度。值太小边缘可能不连续值太大整个物体表面都会被识别为边缘。建议根据物体在屏幕上的大小动态调整或与摄像机距离关联。_SeeThroughIntensity透视强度控制背景显示的明显程度。值为1时完全显示背景值为0时无效果。你可以将其暴露给游戏逻辑实现动态的透视强度变化例如角色集中注意力时透视变强。混合模式上述Shader使用了简单的lerp。更高级的混合可以考虑加法混合AdditivefinalColor sceneColor seeThroughColor * intensity;用于发光、高能透视效果。乘法混合MultiplyfinalColor sceneColor * seeThroughColor;用于模拟颜色滤镜、暗淡的透视效果。屏幕空间折射使用物体的法线纹理对sceneColor的采样坐标进行扰动可以实现毛玻璃般的扭曲透视。在圣诞市场场景中的调优示例 假设我们要透视那些木质的礼物盒。礼物盒表面有粗糙的木质纹理。我们可能希望透视区域不是完全清晰的背景而是带有轻微的、与木质纹理相关的噪波扭曲模拟光线穿过木头缝隙的感觉。礼物盒的金属镶边或丝带保持较高的不透明度形成清晰的轮廓。透视强度随着玩家距离礼物盒的远近而变化离得越近透视越强。为了实现这些我们需要在Shader中采样礼物盒的原始法线贴图或粗糙度贴图用它们来驱动背景采样的偏移量折射和边缘检测的阈值。4. 性能优化与高级技巧在移动平台或复杂场景中全屏Custom Pass可能带来性能开销。以下是一些优化策略和进阶用法。4.1 性能开销分析与优化开销来源额外Draw Call标记模板的Draw Renderers Pass会产生额外的渲染调用。全屏Shader每个像素都会执行一遍Fragment Shader分辨率越高开销越大。纹理采样深度纹理、颜色纹理、可能的法线纹理采样都有成本。优化策略降低分辨率执行将全屏Custom Pass的渲染目标设置为半分辨率或四分之一分辨率。在FullScreen Custom Pass的设置中可以调整Target Color Buffer和Target Depth Buffer的缩放比例。虽然会损失一些精度但对于柔和的透视效果往往可以接受。限制透视物体数量严格通过Layer管理需要透视的物体避免不必要的渲染。使用更简单的Shader在移动端简化边缘检测算法例如改用Sobel算子并降低采样次数减少复杂的光学模拟。分帧或按需执行如果透视效果不需要每帧都更新例如是玩家主动触发的技能可以通过脚本控制Custom Pass Volume的isGlobal属性或启用/禁用整个Volume只在需要时激活。4.2 结合Shader Graph实现可视化创作对于美术和TA来说直接编写HLSL可能门槛较高。幸运的是HDRP Custom Pass可以与Shader Graph结合。创建一个Fullscreen Master Node的Shader Graph。在Graph中你可以使用Custom Buffer节点来采样模板缓冲区如果Custom Pass已将其写入。使用Scene Color节点获取摄像机颜色。使用Scene Depth节点进行边缘检测。利用丰富的数学和混合节点来构建你的透视效果逻辑。这种方式可以快速迭代视觉效果并通过参数暴露方便地进行调节。4.3 实现动态与交互式透视静态的透视效果有用但动态的、可交互的透视才是游戏的灵魂。基于距离的渐变在Shader中计算像素对应的世界空间位置到摄像机的距离或者到某个目标点如玩家角色的距离。用这个距离值来驱动_SeeThroughIntensity实现“越近越透明”或“越远越透明”的效果。基于视野中心可以计算像素在屏幕空间的位置与屏幕中心的距离让透视效果从屏幕中心向四周衰减模拟“注意力集中”的视觉。遮罩纹理驱动为需要透视的物体额外准备一张遮罩纹理Mask Texture。在Shader中采样这张纹理用其灰度值来控制该点的透视强度。这样你可以实现“只有物体的特定部分如符文、裂缝是透明的”这种复杂效果。与游戏事件绑定通过C#脚本根据游戏状态如玩家获得“透视眼镜”道具、进入特定区域动态调整Custom Pass的参数或切换不同的透视Shader。5. 常见问题排查与调试实录即使按照步骤操作你也可能会遇到各种问题。以下是我在多个项目中总结的常见“坑点”和解决方案。5.1 效果完全不显示或显示错误问题现象可能原因排查步骤与解决方案没有任何透视效果1. Custom Pass Volume未启用或权重为0。2. 注入点Injection Point设置错误。3. 模板值未正确写入或测试失败。4. 全屏Shader编译错误。1. 检查Volume组件的enabled和weight。尝试将isGlobal勾选或确保摄像机在Volume碰撞体内。2. “标记”Pass应在Before Rendering附近“绘制”Pass应在Before Post Process。确认两个Volume的注入点正确。3. 在Frame Debugger中查看渲染事件检查模板缓冲区的写入和读取操作。确保写入的stencilRefValue和Shader中测试的值一致。4. 查看Console窗口是否有Shader编译错误。使用一个最简单的纯色输出Shader测试流程是否通畅。透视效果覆盖了整个屏幕模板测试逻辑反了。Shader中可能错误地将所有像素都判定为需要透视的区域。在Shader中仔细检查模板测试的条件。确保只有在Stencil Ref等于特定值时才执行透视混合。使用Frame Debugger观察模板缓冲区的实际内容。透视物体边缘闪烁或抖动深度缓冲精度问题或深度纹理采样导致的“深度冲突”Z-fighting。边缘检测算法对深度变化过于敏感。1. 尝试轻微增加透视物体的Depth Offset在材质或Shader中。2. 在边缘检测时对采样的深度值进行一个很小的偏置bias或使用LinearEyeDepth转换后再比较。3. 考虑使用法线纹理而非深度来检测边缘稳定性更高。透视区域出现错误的颜色或黑色全屏Shader采样了错误的纹理或纹理尚未就绪。_CameraColorTexture在特定的注入点可能不包含完整场景。1. 确认你的全屏Custom Pass的注入点。在Before Transparent之后、Before Post Process之前_CameraColorTexture通常包含不透明物体和天空盒。2. 如果需要在透明物体之后处理注入点需设为After Post Process但此时可能已应用了Tonemapping等后处理颜色空间不同需要转换。3. 使用Custom Pass提供的GetSource和GetDestination方法来明确指定输入输出缓冲区。5.2 性能问题诊断如果游戏帧率在启用效果后明显下降使用Profiler定位打开Unity Profiler查看Render.Camera项下的耗时。重点关注CustomPass.Execute和你的全屏Shader的耗时。检查Draw Call在Frame Debugger中查看标记模板的Draw Renderers Custom Pass是否引入了大量额外的Draw Call。尝试合并需要透视的物体的材质或使用GPU Instancing。降低Shader复杂度临时将全屏Shader替换为一个极简的如直接返回红色观察性能变化。如果帧率大幅回升说明瓶颈在Shader计算。然后逐步恢复功能定位耗时的节点如复杂的噪声计算、多次纹理采样。5.3 与HDRP其他功能的兼容性抗锯齿MSAA/TAACustom Pass默认在抗锯齿之后执行。如果你的效果需要基于每采样per-sample的数据可能会遇到问题。对于TAA运动物体的透视边缘可能出现重影。可以考虑在Custom Pass中禁用特定物体的TAA通过Motion Vector覆盖但这属于高级话题。后期处理Post Processing透视效果在Before Post Process注入点执行因此它会受到后续Bloom、Color Grading等后处理的影响。这通常是期望的行为。如果你希望透视效果不受某些后处理影响可能需要调整注入点到After Post Process并手动处理颜色空间的转换从线性到sRGB/log。屏幕空间特效SSAO, SSR你的透视物体如果被标记为模板而不写入深度/法线缓冲区则可能无法正确地与屏幕空间环境光遮蔽SSAO或屏幕空间反射SSR交互。如果这很重要你可能需要在另一个Custom Pass中将这些物体以特殊方式渲染到深度和法线缓冲区中正如GitHub示例中“Render With Normal Buffer”部分所演示的。调试这类效果Frame Debugger是你最好的朋友。一步步查看每个渲染事件观察颜色、深度、模板缓冲区的变化能让你直观地理解整个渲染流程快速定位问题所在。6. 扩展思路从透视到更多屏幕空间魔法掌握了See-Through效果的核心——即通过Custom Pass操作模板和颜色缓冲区——你就打开了一扇通往各种屏幕空间特效的大门。这个框架可以轻松扩展到其他效果轮廓高亮Outline与透视相反在模板标记的区域不是显示背景而是用特定颜色如发光色绘制轮廓。边缘检测算法可以直接复用。局部模糊/像素化在模板标记的区域对_CameraColorTexture进行高斯模糊或像素化处理实现“受伤模糊”、“记忆闪回”等效果。场景过渡特效使用一张渐变的遮罩纹理来控制模板值可以实现从一个场景“溶解”过渡到另一个场景的效果。安全区/战争迷雾实时更新模板缓冲区标记出已探索区域和未探索区域并对未探索区域应用深色覆盖或模糊效果。关键在于理解Custom Pass给了你在渲染流水线中“截胡”并重新定义像素颜色的能力。模板缓冲区是你的画笔深度和颜色缓冲区是你的画布而你的Shader则是决定最终画面的算法。从透视效果出发不断实验和组合这些基础能力你就能为你的游戏创造出独一无二的视觉语言。在圣诞市场的例子中除了基础的礼物透视你还可以用这个系统实现当玩家拿起“热巧克力”道具时屏幕边缘泛起温暖、模糊的透视光晕模拟蒸汽效果或者当玩家靠近某个魔法符文时符文背后的场景呈现出扭曲、梦幻的透视变形。这些都始于今天所探讨的这套See-Through通道实现方案。
