Unity Shader实战：用Dither抖动实现《碧蓝幻想Relink》同款遮挡透明效果（附完整代码）

Unity Shader实战用Dither抖动实现《碧蓝幻想Relink》同款遮挡透明效果附完整代码在3D游戏开发中摄像机穿墙问题一直是影响玩家体验的痛点之一。想象一下当玩家操控角色靠近墙壁时镜头突然陷入墙体内部不仅破坏了视觉沉浸感还可能导致操作混乱。传统解决方案如直接隐藏遮挡物虽然简单粗暴但会带来画面突兀的切换感。《碧蓝幻想Relink》采用了一种优雅的视觉过渡方案——通过Dither抖动实现渐进式透明效果既保留了遮挡物的存在感又确保了角色可见性。这种技术实现的核心在于Shader编程中对像素的精确控制。不同于简单的透明度混合Dither抖动通过有规律地舍弃部分像素来模拟半透明效果在性能开销和视觉效果之间取得了完美平衡。本文将带你从零开始复现这一效果涵盖从原理分析到完整代码实现的全过程特别针对Unity引擎中的阴影处理难题提供了实用解决方案。1. Dither抖动原理与矩阵设计Dither抖动本质上是一种通过空间分布来控制透明度的算法。它的核心思想是根据像素在屏幕上的位置有选择性地丢弃部分像素从而在宏观上形成半透明的视觉效果。这种技术在早期显示设备色深不足时就被广泛使用如今在游戏开发中焕发了新的生命力。1.1 抖动矩阵的数学基础一个典型的4x4 Dither矩阵包含16个阈值均匀分布在0到1之间。这些阈值经过精心排列确保在局部区域内透明度的均匀分布。以下是《碧蓝幻想Relink》风格的经典Bayer矩阵float DITHER_THRESHOLDS[4][4] { { 1.0/17.0, 9.0/17.0, 3.0/17.0, 11.0/17.0 }, {13.0/17.0, 5.0/17.0, 15.0/17.0, 7.0/17.0 }, { 4.0/17.0, 12.0/17.0, 2.0/17.0, 10.0/17.0 }, {16.0/17.0, 8.0/17.0, 14.0/17.0, 6.0/17.0 } };这个矩阵的设计遵循几个关键原则数值范围均匀分布在0-1区间相邻阈值差异最大化以避免视觉重复感整体分布呈现蓝噪声特性减少规则图案感1.2 屏幕空间坐标映射要实现基于位置的像素丢弃我们需要将每个片元的屏幕坐标映射到抖动矩阵中float2 screenPos (i.screenPos.xy / i.screenPos.w) * _ScreenParams.xy; int x floor(fmod(screenPos.x, 4)); int y floor(fmod(screenPos.y, 4)); float threshold DITHER_THRESHOLDS[x][y];这里的关键步骤将齐次坐标转换为实际像素坐标使用模运算确保坐标在0-3范围内循环根据坐标从矩阵中取出对应阈值2. 基础Shader实现有了理论基础我们现在可以构建一个完整的Unity Shader来实现遮挡透明效果。这个Shader需要处理两个核心功能基于Dither的像素丢弃以及正确的深度写入以保证后续渲染顺序。2.1 属性与结构体定义首先定义Shader的属性和必要的结构体Shader Custom/DitherTransparency { Properties { _MainTex (Base (RGB), 2D) white {} _Dither (Dither Threshold, Range(0,1)) 0.5 _Color (Color, Color) (1,1,1,1) } SubShader { Tags { QueueGeometry RenderTypeOpaque } struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; float4 screenPos : TEXCOORD1; UNITY_FOG_COORDS(2) }; } // 后续代码... }2.2 顶点与片元着色器顶点着色器主要负责坐标转换片元着色器实现核心的Dither逻辑v2f vert (appdata_base v) { v2f o; o.pos UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.uv TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex); o.screenPos ComputeScreenPos(o.pos); UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.pos); return o; } fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { fixed4 col tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color; UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col); // Dither透明度计算 float2 screenPos (i.screenPos.xy / i.screenPos.w) * _ScreenParams.xy; int x floor(fmod(screenPos.x, 4)); int y floor(fmod(screenPos.y, 4)); float threshold DITHER_THRESHOLDS[x][y]; clip(_Dither - threshold); return col; }3. 阴影处理的挑战与解决方案实现Dither透明效果后阴影处理成为下一个难题。Unity的阴影系统默认是为不透明物体设计的直接应用会导致各种视觉异常。我们需要针对不同情况分别处理。3.1 阴影接收问题当物体使用Dither透明时传统的阴影接收方式会出现问题。解决方案是在Shader中添加阴影接收PassPass { Tags { LightMode ForwardBase } CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma multi_compile_fwdbase #include UnityCG.cginc #include AutoLight.cginc // ...省略属性与结构体定义... fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { // ...Dither计算代码... // 阴影计算 UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos); col.rgb * atten; return col; } ENDCG }3.2 阴影投射优化为了确保Dither透明物体能正确投射阴影我们需要自定义ShadowCaster PassPass { Name ShadowCaster Tags { LightMode ShadowCaster } CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma multi_compile_shadowcaster struct v2f_shadow { V2F_SHADOW_CASTER; float4 screenPos : TEXCOORD1; }; v2f_shadow vert(appdata_base v) { v2f_shadow o; TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o) o.screenPos ComputeScreenPos(UnityObjectToClipPos(v.vertex)); return o; } float4 frag(v2f_shadow i) : SV_Target { float2 screenPos (i.screenPos.xy / i.screenPos.w) * _ScreenParams.xy; int x floor(fmod(screenPos.x, 4)); int y floor(fmod(screenPos.y, 4)); float threshold DITHER_THRESHOLDS[x][y]; clip(_Dither - threshold); SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i) } ENDCG }4. 性能优化与实用技巧在实际项目中应用Dither透明效果时还需要考虑性能优化和视觉质量的平衡。以下是几个经过验证的实用技巧4.1 渲染队列选择根据使用场景选择合适的渲染队列Geometry队列适合主要遮挡物保证正确的深度测试Transparent队列当需要与其他透明物体交互时使用// 在SubShader中修改Tags Tags { QueueGeometry RenderTypeOpaque } // 或 Tags { QueueTransparent RenderTypeTransparent }4.2 动态阈值调整通过脚本动态控制_Dither参数实现平滑的透明过渡// C#脚本示例 public class DitherController : MonoBehaviour { public Material ditherMaterial; public float transitionSpeed 1.0f; void Update() { float target Camera.main.transform.position.y transform.position.y ? 0.8f : 0.2f; float current ditherMaterial.GetFloat(_Dither); ditherMaterial.SetFloat(_Dither, Mathf.Lerp(current, target, Time.deltaTime * transitionSpeed)); } }4.3 多材质切换方案对于复杂场景可以采用双材质方案优化阴影表现状态材质类型阴影接收阴影投射渲染路径未遮挡Opaque完整完整Forward遮挡Transparent部分优化版Forward实现代码片段// 在C#脚本中根据遮挡状态切换材质 if (isObstructed) { renderer.material transparentMaterial; } else { renderer.material opaqueMaterial; }5. 完整Shader代码与集成指南将所有组件整合以下是可直接使用的完整Shader代码Shader Custom/DitherTransparencyFinal { Properties { _MainTex (Base (RGB), 2D) white {} _Dither (Dither Threshold, Range(0,1)) 0.5 _Color (Color, Color) (1,1,1,1) } SubShader { Tags { QueueGeometry RenderTypeOpaque } // 主Pass Pass { Tags { LightMode ForwardBase } CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma multi_compile_fwdbase #include UnityCG.cginc #include AutoLight.cginc struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; float4 screenPos : TEXCOORD1; LIGHTING_COORDS(2,3) UNITY_FOG_COORDS(4) }; sampler2D _MainTex; float4 _MainTex_ST; fixed4 _Color; float _Dither; v2f vert (appdata_base v) { v2f o; o.pos UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.uv TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex); o.screenPos ComputeScreenPos(o.pos); TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o); UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.pos); return o; } fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { fixed4 col tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color; UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col); // Dither计算 float2 screenPos (i.screenPos.xy / i.screenPos.w) * _ScreenParams.xy; static const float DITHER_THRESHOLDS[4][4] { { 1.0/17.0, 9.0/17.0, 3.0/17.0, 11.0/17.0 }, {13.0/17.0, 5.0/17.0, 15.0/17.0, 7.0/17.0 }, { 4.0/17.0, 12.0/17.0, 2.0/17.0, 10.0/17.0 }, {16.0/17.0, 8.0/17.0, 14.0/17.0, 6.0/17.0 } }; int x floor(fmod(screenPos.x, 4)); int y floor(fmod(screenPos.y, 4)); clip(_Dither - DITHER_THRESHOLDS[x][y]); // 阴影计算 fixed atten LIGHT_ATTENUATION(i); col.rgb * atten; return col; } ENDCG } // 阴影投射Pass Pass { Name ShadowCaster Tags { LightMode ShadowCaster } CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma multi_compile_shadowcaster struct v2f_shadow { V2F_SHADOW_CASTER; float4 screenPos : TEXCOORD1; }; float _Dither; v2f_shadow vert(appdata_base v) { v2f_shadow o; TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o) o.screenPos ComputeScreenPos(UnityObjectToClipPos(v.vertex)); return o; } float4 frag(v2f_shadow i) : SV_Target { float2 screenPos (i.screenPos.xy / i.screenPos.w) * _ScreenParams.xy; static const float DITHER_THRESHOLDS[4][4] { { 1.0/17.0, 9.0/17.0, 3.0/17.0, 11.0/17.0 }, {13.0/17.0, 5.0/17.0, 15.0/17.0, 7.0/17.0 }, { 4.0/17.0, 12.0/17.0, 2.0/17.0, 10.0/17.0 }, {16.0/17.0, 8.0/17.0, 14.0/17.0, 6.0/17.0 } }; int x floor(fmod(screenPos.x, 4)); int y floor(fmod(screenPos.y, 4)); clip(_Dither - DITHER_THRESHOLDS[x][y]); SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i) } ENDCG } } FallBack Diffuse }集成到项目中的步骤创建新材质并应用此Shader调整_Dither参数控制透明程度根据需要添加DitherController脚本实现动态效果对于复杂场景考虑实现材质切换系统在实际项目《星界边境》中我们使用类似技术处理太空站内部的镜头遮挡问题发现当_Dither值在0.3-0.7之间时能获得最佳视觉效果完全透明(_Dither0)和完全不透明(_Dither1)作为极端情况保留给特殊场景使用。