【渲染流水线】[逐片元阶段]-[混合Blend]以UnityURP为例

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Unity URP（Universal Render Pipeline）中的Blend和BlendOp是ShaderLab中控制颜色混合的核心指令，其发展历史与渲染技术演进密切相关。早期固定功能管线仅支持简单的Alpha混合，随着可编程着色器的普及，混合操作逐渐扩展为可定制化的数学运算。URP通过优化这些指令的底层实现，使其在移动端和高性能平台均能高效运行。

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

OpenGL中的混合实现

‌API调用机制‌

OpenGL通过glBlendFunc和glBlendEquation函数实现混合操作，对应URP中Blend和BlendOp指令。其中：

glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)等价于URP的Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
glBlendEquation(GL_FUNC_ADD)对应BlendOp Add操作

‌管线阶段差异‌

OpenGL将混合作为固定管线阶段，在片段着色器之后执行，而URP通过可编程着色器在片元处理阶段动态控制混合参数

‌双源混合限制‌

OpenGL 4.x支持GL_SRC1_COLOR等双源混合因子，但移动端GLES 3.0需通过扩展实现，URP对此做了平台兼容性封装

内置管线混合实现

‌早期实现方式‌

内置管线通过Queue="Transparent"标签自动启用混合，但需手动配置Blend命令且不支持BlendOp高级操作

‌深度处理差异‌

内置管线要求显式关闭深度写入（ZWrite Off），而URP在透明渲染队列中自动管理深度测试与混合的冲突

‌性能优化对比‌

内置管线混合计算固定于GPU固定功能单元，URP则通过可编程着色器实现动态混合策略，如根据设备性能切换Min/Max操作

关键技术对比

特性	OpenGL原生实现	Unity内置管线	URP优化方案
混合因子配置	`glBlendFunc`	`Blend`命令	封装为跨平台Shader指令
操作符扩展	`glBlendEquation`	仅支持基础加减	支持`Min/Max/RevSub`等
移动端兼容性	需检查扩展支持	全平台统一行为	自动降级混合方案
多渲染目标支持	`glDrawBuffers`	有限支持	完整MRT混合控制

OpenGL中实现URP的BlendOp RevSub需调用glBlendEquation(GL_FUNC_REVERSE_SUBTRACT)
内置管线模拟URP发光效果需组合Blend One One与多个Pass渲染

核心问题解决

‌透明效果实现‌：通过Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha等组合，解决了传统透明度混合中排序依赖和边缘锯齿问题
‌复杂光效合成‌：利用BlendOp Max或Add操作，实现发光体叠加时的亮度累积效果
‌非破坏性图像处理‌：BlendOp RevSub等操作允许反向颜色计算，用于特殊遮罩或腐蚀效果

命令使用介绍

将当前片元颜色与帧缓冲颜色按公式混合
支持加法/乘法/透明度混合等模式‌
混合当前片元与颜色缓冲（Blend 指令，如 Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha；BlendOp 指令控制操作符，如BlendOp Sub（默认不指定是Add））

Blend命令

混合命令是当前输出的颜色值Src，和缓冲区里的颜色值Dst做数值运算来进行混合。命令配置主要影响这个运算公式，下面先看下这个运算公式是什么样的：

$Src * SrcFactor + Dst * DstFactor$

这里的Src是当前输出的颜色值。
Dst是缓冲区里已有的颜色值。
SrcFactor是接下来命令配置时要改变的当前颜色值的影响变量因子。
DstFactor同样的是命令配置要改变缓冲区内的颜色值的影响因子。

这两个因子与颜色值相乘后相加就是新的要输出的颜色值。这里的相加是默认操作，由接下来的命令BlendOp来配置可修改。

上述公式是对颜色RGBA一起操作的配置。还有一种是分离颜色RGB和A单独控制的配置方式，与这个类似的公式：

$Src * SrcFactorA + Dst * DstFactorA$

混合的两种模板公式：

Blend SrcFactor DstFactor

Blend SrcFactor DstFactor, SrcFactorA DstFactorA

第一种配置方式直接配置RGBA，第二种将RGB和A分开配置。

那么这些Factor因子可以配置成哪些内容：

‌基础混合因子‌

因子名称	数学表达式	解释
`One`	1	完全保留源或目标颜色值（常用于加法混合）‌
`Zero`	0	忽略源或目标颜色值（常用于屏蔽颜色）‌
`SrcColor`	源颜色的RGB值	使用片元着色器输出的RGB值作为混合因子‌
`SrcAlpha`	源颜色的Alpha值	使用片元着色器的透明度值（如标准透明混合）‌
`DstColor`	目标颜色的RGB值	使用帧缓冲区中已存在的RGB值（如乘法混合）‌
`DstAlpha`	目标颜色的Alpha值	使用帧缓冲区中已存在的透明度值‌

‌反相混合因子‌

因子名称	数学表达式	解释
`OneMinusSrcColor`	1 - 源颜色RGB值	反相源颜色值（用于特殊效果叠加）‌
`OneMinusSrcAlpha`	1 - 源Alpha值	反相源透明度（与`SrcAlpha`配合实现标准透明混合）‌
`OneMinusDstColor`	1 - 目标颜色RGB值	反相目标颜色值（如屏幕空间发光效果）‌
`OneMinusDstAlpha`	1 - 目标Alpha值	反相目标透明度值‌

混合因子应用场景‌

‌透明度混合‌：Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha（源透明×源颜色 + (1-源透明)×目标颜色）‌
‌加法发光‌：Blend One One（源颜色 + 目标颜色）‌
‌乘法叠加‌：Blend DstColor Zero（源颜色×目标颜色）‌
‌反相混合‌：Blend OneMinusDstColor OneMinusSrcColor（用于特殊遮罩效果）‌

BlendOp命令

通过BlendOp修改混合计算方式，支持以下操作：
- Add（默认）：相加
- Sub：源减去目标
- RevSub：目标减去源
- Min/Max：取最小/最大值‌
```
BlendOp RevSub   Blend One One // 实现颜色相减效果‌ 
```

应用示例

能量护盾特效

使用BlendOp RevSub结合Blend One One，实现护盾边缘对背景颜色的"扣除"效果，模拟能量场扭曲

能量护盾特效通过反向减法混合(RevSub)实现背景颜色扣除，配合蜂窝纹理可产生能量场扭曲效果

EnergyShield.shader

Shader "URP/EnergyShield" {     Properties {         _MainTex ("Shield Pattern", 2D) = "white" {}         _EdgeColor ("Edge Color", Color) = (0.2,0.8,1,1)     }     SubShader {         Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent" }         Blend One One         BlendOp RevSub         ZWrite Off          HLSLINCLUDE         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"         ENDHLSL          Pass {             HLSLPROGRAM             #pragma vertex vert             #pragma fragment frag              struct Attributes {                 float4 positionOS : POSITION;                 float2 uv : TEXCOORD0;             };              struct Varyings {                 float4 positionCS : SV_POSITION;                 float2 uv : TEXCOORD0;             };              TEXTURE2D(_MainTex);             SAMPLER(sampler_MainTex);             half4 _EdgeColor;              Varyings vert(Attributes IN) {                 Varyings OUT;                 OUT.positionCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);                 OUT.uv = IN.uv;                 return OUT;             }              half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {                 half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);                 return tex * _EdgeColor;             }             ENDHLSL         }     } }

‌粒子系统发光

采用Blend One One与BlendOp Add叠加多层粒子颜色，避免传统混合导致的亮度衰减

粒子系统采用加法混合(Add)确保多层粒子叠加时亮度线性累积，避免传统混合的亮度衰减问题

ParticleGlow.shader

Shader "URP/ParticleGlow" {     Properties {         _MainTex ("Particle Texture", 2D) = "white" {}         _Intensity ("Glow Intensity", Range(1,10)) = 3     }     SubShader {         Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent+100" }         Blend One One         BlendOp Add         ZWrite Off         Cull Off          HLSLINCLUDE         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"         ENDHLSL          Pass {             HLSLPROGRAM             #pragma vertex vert             #pragma fragment frag              struct Attributes {                 float4 positionOS : POSITION;                 float2 uv : TEXCOORD0;                 half4 color : COLOR;             };              struct Varyings {                 float4 positionCS : SV_POSITION;                 float2 uv : TEXCOORD0;                 half4 color : COLOR;             };              TEXTURE2D(_MainTex);             SAMPLER(sampler_MainTex);             float _Intensity;              Varyings vert(Attributes IN) {                 Varyings OUT;                 OUT.positionCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);                 OUT.uv = IN.uv;                 OUT.color = IN.color * _Intensity;                 return OUT;             }              half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {                 half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);                 return tex * IN.color;             }             ENDHLSL         }     } }

透明水体渲染

通过Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha控制折射/反射强度，配合BlendOp Min保留深度最小的泡沫高光

水体渲染使用Min混合操作保留最小深度值，配合标准Alpha混合实现透明折射效果

WaterSurface.shader

Shader "URP/WaterSurface" {     Properties {         _MainTex ("Water Texture", 2D) = "white" {}         _NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}         _FoamTex ("Foam Texture", 2D) = "white" {}     }     SubShader {         Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent" }         Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha         BlendOp Min         ZWrite Off          HLSLINCLUDE         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"         ENDHLSL          Pass {             HLSLPROGRAM             #pragma vertex vert             #pragma fragment frag              struct Attributes {                 float4 positionOS : POSITION;                 float2 uv : TEXCOORD0;                 float3 normalOS : NORMAL;                 float4 tangentOS : TANGENT;             };              struct Varyings {                 float4 positionCS : SV_POSITION;                 float2 uv : TEXCOORD0;                 float3 normalWS : TEXCOORD1;                 float3 viewDirWS : TEXCOORD2;             };              TEXTURE2D(_MainTex);             TEXTURE2D(_NormalMap);             TEXTURE2D(_FoamTex);             SAMPLER(sampler_MainTex);              Varyings vert(Attributes IN) {                 Varyings OUT;                 float3 positionWS = TransformObjectToWorld(IN.positionOS.xyz);                 OUT.positionCS = TransformWorldToHClip(positionWS);                 OUT.uv = IN.uv;                 OUT.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(IN.normalOS);                 OUT.viewDirWS = GetWorldSpaceViewDir(positionWS);                 return OUT;             }              half4 frag(Varyings IN) : SV_Target {                 half4 water = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);                 water.a = 0.7;                 half3 normalTS = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_MainTex, IN.uv));                 half foam = SAMPLE_TEXTURE2D(_FoamTex, sampler_MainTex, IN.uv).r;                 return min(water, foam.xxxx);             }             ENDHLSL         }     } }