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📕教程说明

这期教程我将介绍如何使用 Stencil Test 模板测试，来制作可以在虚拟与现实之间穿梭的 MR 传送门。

在上一期制作虚拟门窗的教程中，我们介绍了一种 Depth Only Shader，它能够让物体不显示颜色，但是能够参与到深度测试中。而这期教程，我们会介绍另外一种 Shader，也是能实现在现实中透视出一块虚拟区域的效果。这种 Shader 叫做 Stencil Shader，它与 Stencil Test，也就是模板测试有关。

配套的视频链接：
https://www.bilibili.com/video/BV1SC411G7b9

系列教程专栏：https://blog.csdn.net/qq_46044366/category_12118293.html

Meta XR SDK 版本：v64

Unity 版本：2022.3.20f1

在进阶教程中我还会介绍如何制作多个传送门，并且每个传送门对应不同的虚拟世界。我会把进阶教程分享在我们 Spatial XR 社区，大家可以从文章顶部的链接加入社区。

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📕Stencil Test 模板测试

首先介绍一下模板测试中的一些基本概念。

模板缓冲区 Stencil Buffer
模板缓冲区可以为屏幕上的每一个像素点保存一个无符号整数值（通常为8位int 0-255）。也就是每一个像素点保存一个 0-255 之间的整数值。模板缓冲区中默认保存的值是 0。

模板测试
渲染过程中，可以用模板缓冲区中保存的值与预先设定好的参考值作（ReferenceValue）比较，根据结果来决定是否更新相应的像素点的颜色值。这个比较的过程就称为模板测试。

如上如所示，最左边的 Color buffer 代表了画面原本的样子。中间的 Stencil Buffer 记录了画面上的每一个像素点保存的值，可以看到有一块“回”字形的区域记录的是 1，其余区域记录的是 0。假设我们预先设定的参考值为 1，规定只保留模板缓冲区中值为 1 的像素，那么我们可以设置一个比较的方法，当模板缓冲区的值等于我们设定的参考值的时候，对应位置的像素通过模板测试，像素被保留，因此可以参考最右边的 After stencil test，这是最终进行了模板测试后看到的画面，可以看到只有模板缓冲区中值为 1 的部分被保留了下来。

总结下来，模板测试主要有三个关键词：模板缓冲区中保存的值，预先设定好的参考值，比较。

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📕Stencil Shader

Shader "Examples/Stencil"
{Properties{[IntRange] _StencilID ("Stencil ID", Range(0, 255)) = 0}SubShader{Tags { "RenderType" = "Opaque""Queue" = "Geometry""RenderPipeline" = "UniversalPipeline"}Pass{Blend Zero OneZWrite OffStencil{Ref [_StencilID]Comp AlwaysPass ReplaceFail Keep}}}
}

创建了 Stencil Shader 后，我们创建一个材质，添加上 Stencil Shader：

Stencil ID 相当于预先设定的参考值，后续用来与模板缓冲区中的值进行比较，我们可以把它设为 1。

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📕使用 Unity URP 渲染管线设置模板测试

这里推荐大家使用 Unity 的 URP 渲染管线来制作模板测试的功能，因为它提供了一些更便捷的设置方法，让我们不用去写额外的 Shader 来控制模板缓冲区中的值和模板测试的比较方法。

首先创建一个 Unity 的 URP 项目，在 Unity Hub 里新建项目的时候可以选择 Universal 3D：

⭐Render Pipeline Asset 与 Universal Renderer Data

项目创建成功后我们打开 Edit>Project Settings>Quality：

创建了 URP 项目后默认是 High Fidelity，我们可以观察它右边的几个方框，勾选了并且颜色为绿色的代表当前的 URP Quality 设置生效的平台，High Fidelity 默认是只在 PC 端生效，但是如果我们想要把应用打包到头显当中运行，需要确保安卓端也生效，因为 Quest 系统是安卓系统。所以我们可以按下图所示进行更改：

点击红色方框标出的部分后，安卓端的方框就变绿了。

然后我们找到该 Quality 下的 Render Pipeline Asset，点击它可以定位到 Project 窗口中的 URP 配置文件：

我们可以找到该 Render Pipeline Asset 下的 Renderer List 里的 Universal Renderer Data，我们可以将它复制一份，取名为 “URP-MRPortal”，然后把 URP-High Fidelity 中的 Renderer List 替换成 URP-MRPortal，我们后续可以在 URP-MRPortal 这个配置文件中进行渲染设置。

⭐删除场景中的天空盒

我们需要透过 MR 传送门看到传送门后的虚拟世界，传送门之外的部分需要显示现实环境。因此我们需要配置透视功能，并且透视的层级要处于最底层。如果场景中有背景天空盒，那么我们是无法看到位于最底层的透视图层的。所以我们需要删除场景中的天空盒。可以点击 Unity 菜单栏的 Window>Rendering>Lighting，把 Skybox Material 设为 None。

⭐设置虚拟世界的层级 Layer

首先我们准备一个虚拟场景的游戏物体，把虚拟场景里的所有物体作为一个物体的子物体，然后修改这个物体以及它的所有子物体的 Layer，我们可以新建一个 Layer，叫做 Stencil Layer 1。

之后我们需要对 Universal Renderer Data 配置文件进行设置，它可以控制某一个 Layer 物体的渲染效果。我们找到之前创建的 URP-MRPortal。

⭐设置模板测试

首先在 Opaque/Transparent Layer Mask 中把之前添加的 Stencil Layer 1 层级给取消掉，这个时候你会发现虚拟世界在 Scene 窗口中看不到了。

我们之后要单独为 Stencil Layer 1 层设置它的渲染效果。我们可以拉到该 Universal Renderer Data 的最底部，点击 Add Renderer Feature，选择 Render Objects，然后对 Render Objects 做如下设置：

Event 设为 AfterRenderingOpaques，Layer Mask 设为 Stencil Layer 1，这样层级为 Stencil Layer 1 的物体会在 Opaque （不透明）的物体之后渲染，Opaque 的物体可以见刚刚设置的 Filtering 中 Opaque Layer Mask 的物体：

我们的传送门物体默认是 Default 层级，因此虚拟世界的渲染会在传送门之后发生。

在 Render Objects 中的 Overrides 里，需要把 Stencil 勾选上。
Value 设为 1，它是预先设置的参考值。
Compare Function 为 Equal，意思是参考值与模板缓冲区中的值相等，则通过模板测试。
Pass 和 Fail 为 Keep，意思是有没有通过模板测试都会保留模板缓冲区中的值。

📕给传送门添加 Stencil Shader

我们在传送门门口的这块区域放一个空物体，然后给它添加之前创建的 Stencil Mask 材质。

如果之前的设置都正确的话，你就能只透过传送门的门口，看到门口后的虚拟世界。

📕模板测试全流程解释

现在，我们对产生现在的视觉效果流程做一个详细的解释。首先因为 URP 配置文件中设置了 Stencil Layer 1 会在 Opaque 物体之后渲染，而传送门物体的层级是 Default，属于 Opaque Layer Mask，所以虚拟世界会比传送门后渲染。

因为门口的 Shader 为 Stencil Shader，它会先参与模板测试。我们看一下 Shader 中设置的模板测试条件：

Comp 比较方式为 Always，意味者它总是会通过模板测试。Pass 为 Replace，意味着通过模板测试后它会把模板缓冲区中的值替换成 Stencil ID 参考值。我们给它设置的参考值是 1，因此门这块区域的模板缓冲区中保存的值被替换成了 1。

接下来轮到门后的虚拟世界参与模板测试。门的这块区域的模板缓冲区保存的值是 1，等于我们给 Stencil Layer 1 设置的参考值 1，所以门这块区域通过模板测试，像素被保留，我们能够透过门看到位于门后的虚拟世界，而其他地方的模板缓冲区中的值还是默认的 0，与 1 不相等，所以门以外的区域没有通过模板测试，像素不被渲染，我们就在其他区域看不到虚拟世界了。

📕在虚拟与现实之间穿梭

此时如果我们运行程序，虽然我们能看到传送门的视觉效果，但是当我们把头伸进传送门内部的时候，就看不到传送门内的虚拟世界了，仿佛传送门物体就是一张薄纸片。为了解决这个问题，我们需要判断玩家是否进入到传送门内，然后动态修改视觉效果，这部分教程我会作为进阶教程分享在 Spatial XR 社区，大家可以从文章顶部的链接加入。