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🧙‍♂️ 粒子特效材质透明度混合模式

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📚 1. 理论基础 (Theoretical Basis)

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核心定义

透明度混合（Alpha Blending）是计算机图形学中将前景颜色（Source）与背景颜色（Destination）结合以产生透明效果的过程。在渲染管线中，这一步发生在片元着色器（Fragment Shader）之后，写入帧缓冲区（Frame Buffer）之前。

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数学模型

混合的核心公式如下： Cfinal=Csrc×Fsrc+Cdst×FdstC_{final} = C_{src} \times F_{src} + C_{dst} \times F_{dst} 其中：
  • CfinalC_{final} : 最终写入颜色缓冲区的颜色。
  • CsrcC_{src} : 当前片元着色器输出的颜色（Source Color）。
  • CdstC_{dst} : 帧缓冲区中已经存在的颜色（Destination Color）。
  • FsrcF_{src} : 源混合因子（Source Blend Factor）。
  • FdstF_{dst} : 目标混合因子（Destination Blend Factor）。
此外，混合操作符（Blend Op）通常默认为 加法 (++)，但在某些特殊效果中可能会使用减法（RevSub）或最小值（Min）、最大值（Max）。

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设计心理学

  • 视觉层级: 透明度用于区分主要信息（实心）与次要信息（半透明特效）。
  • 能量传递: “加法混合”（Additive）常用于表现高能量（如火焰、魔法），因为它会使结果更亮，暗示能量的叠加。
  • 物理真实: “Alpha 混合”（Alpha Blend）用于表现物理实体（如烟雾、玻璃），符合光线被遮挡的直觉。

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🛠️ 2. 实践应用 (Practical Implementation)

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Vampirefall 适配指南

在 Vampirefall (塔防 + Roguelike) 中，屏幕上可能会同时存在大量单位和特效。错误的混合模式会导致严重的 Overdraw（过度绘制）或 视觉混乱。

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混合模式速查表 (Unity / ShaderLab)

下表列出了常用的混合模式及其对应的混合因子配置：
模式名称视觉效果混合因子 (Src, Dst)适用场景备注
Alpha Blending
(常规透明)		正常的遮挡关系，半透明SrcAlpha, OneMinusSrcAlpha🌫️ 烟雾、灰尘、幽灵、玻璃最符合直觉，但如果是大量重叠会导致变暗或排序问题。
Additive
(线性减淡 / 叠加)		越叠越亮，无黑色SrcAlpha, One🔥 火焰、辉光、电火花、激光最常用的特效模式。黑色背景会被滤除。不会产生深度排序错误。
Soft Additive
(柔和叠加)		比 Additive 更柔和OneMinusDstColor, One✨ 柔和的光晕、残影类似 Photoshop 的”滤色” (Screen) 变种，不会过度曝光。
Premultiplied
(预乘 Alpha)		兼顾 Alpha 和 AdditiveOne, OneMinusSrcAlpha🪄 复杂的魔法弹道、带发光边缘的实体需要贴图制作时预先将 RGB 乘以 Alpha。可以同材质实现发光与半透明混合。
Multiplicative
(乘法 / 正片叠底)		变暗DstColor, Zero🌑 阴影、烧焦痕迹、黑暗魔法使场景变暗。

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🎨 贴图制作指南 (Texture Authoring Guide)

混合模式与贴图的制作方式 高度相关。错误的贴图背景或通道设置会导致严重的视觉瑕疵（如黑边、去不掉的底色）。
混合模式贴图背景底色Alpha 通道要求制作要点 (Photoshop / Substance)
Alpha Blending透明 (Transparent)必须 (Required)Alpha 通道定义形状和透明度。RGB 通道定义颜色。
❌ 不要把背景涂黑，必须是透明的通过 Alpha 切割。
Additive纯黑 (Black)可选 (Optional)黑色 (0,0,0) = 透明。颜色越亮，叠加效果越强。
✅ 制作时可以直接在黑色背景上通过明度控制透明度，不需要严格的 Alpha 通道。
Multiply纯白 (White)不常用白色 (1,1,1) = 透明。颜色越深，变暗效果越强。
✅ 制作类似”AO 阴影”的贴图，背景必须保留纯白。
Premultiplied纯黑 (Black)必须 (Required)关键点: 导出时 RGB 必须乘以 Alpha。
例如 50% 透明度的红色，RGB 值应为 (128, 0, 0) 而不是 (255, 0, 0)。
✅ 解决 Alpha Blend 在线性空间下的”黑边”问题。
[!TIP] > 美术小贴士: Additive 为什么好用？ 对于特效师来说，Additive 是最省事的模式。因为你不需要抠图（Alpha Channel）。只要把背景涂黑及任何你不想要的地方涂黑，它就自然透明了。这使得制作光效、辉光非常容易。

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🔮 深度解析：什么是 Premultiplied Alpha？

这通常是美术和程序最容易产生误解的地方。简单来说，区别在于 “透明度是在存贴图时乘，还是在渲染时乘？“

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1. 直观理解 (Intuition)

  • Straight Alpha (常规): 颜色是颜色，透明是透明。
    • 像素: (R=1, G=1, B=1, A=0.5) →\rightarrow 代表 “50% 透明度的纯白色”。
    • 渲染时: GPU 计算 RGB * A →\rightarrow (0.5, 0.5, 0.5)。
  • Premultiplied Alpha (预乘): 颜色里已经包含了透明度信息。
    • 像素: (R=0.5, G=0.5, B=0.5, A=0.5) →\rightarrow 代表 “50% 透明度的纯白色”。
    • 渲染时: GPU 不需要再乘 Alpha，直接用。

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2. 为什么要这么麻烦？(Why use it?)

原因 A: 解决”黑边”问题 (The Black Halo Artifact) 在纹理采样（Bilinear Filtering）时，如果一个白色像素(1,1,1,1)旁边是一个透明像素(0,0,0,0)，线性插值的中点会变成 (0.5, 0.5, 0.5, 0.5)。
  • 常规模式其实是错的: GPU 拿到中点后，再乘 Alpha: 0.5 * 0.5 = 0.25。你会得到一个 0.25 亮度的灰色，而不是预期的 0.5 亮度。这就导致物体边缘出现一圈黑晕。
  • 预乘模式是对的: 纹理存的就是 (0.5, 0.5, 0.5, 0.5)。GPU 直接用混合模式 One，取出 RGB (0.5)，结果正确。
原因 B: 一个材质，两种效果 (Hybrid Mode) Premultiplied 最强大的地方在于它可以同时表现 Additive 和 Alpha Blend。
  • 混合公式: Src + Dst * (1 - SrcAlpha)
  • 如果你想要各种发光 (Additive): 把贴图 Alpha 设为 0，RGB 设为亮色。公式变成 Src + Dst。
  • 如果你想要半透明 (Alpha Blend): 把贴图 RGB 和 Alpha 正常设置。
  • 结果: 你可以在同一个粒子特效里，中心是高亮的火焰 (Additive)，边缘是黑烟 (Alpha Blend)。这是常规模式做不到的。

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Unity Shader 实现示例

Shader "Vampirefall/Particles/Standard_Additive"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _TintColor ("Tint Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" }

        // 关键部分：关闭深度写入，设置混合模式
        ZWrite Off
        Cull Off
        Blend SrcAlpha One  // Additive Blend

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            // ... 顶点和片元着色器代码 ...
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = \text{tex2D}(_MainTex, i.uv);
                return col * _TintColor * i.color; // 顶点颜色用于粒子系统控制
            }
            ENDCG
        }
    }
}

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什么时候用什么？(Decision Matrix)

  1. 如果是 “光” (本身发光) →\rightarrow 使用 Additive (SrcAlpha, One)
    • 例子: 法师的火球、塔的激光、爆炸的核心。
  2. 如果是 “物质” (反射光/遮挡背景) →\rightarrow 使用 Alpha Blending (SrcAlpha, OneMinusSrcAlpha)
    • 例子: 爆炸后的黑烟、扬起的尘土、怪物的半透明皮肤。
  3. 如果是 “暗物质” (吸收光) →\rightarrow 使用 Multiply (DstColor, Zero)
    • 例子: 地面上的焦痕、诅咒法阵的底纹。
  4. 如果既要有实体感又要发光 →\rightarrow 使用 Premultiplied (One, OneMinusSrcAlpha)
    • 例子: 发光的魔法水晶（边缘半透明，中心亮）、UI 上的特效流光。
[!WARNING] > 性能警示 (Performance Warning) > Additive 和 Alpha Blending 都会产生 Overdraw。在移动端（Mobile），如果粒子面积过大且层叠过多，会严重消耗 GPU 填充率（Fillrate）。 对于大面积的特效（如全屏迷雾），尽量减少粒子数量，或使用网格发射器（Mesh Emitter）代替默认的广告牌（Billboard）以减少透明像素面积。

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🌟 3. 业界优秀案例 (Industry Best Practices)

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案例 1: 《Hades》 (Supergiant Games)

  • 特点: 极度绚丽的色彩，大量的粒子特效。
  • 分析:
    • 攻击特效几乎全部使用 Additive 混合，保证在暗色调的地下城背景中极为醒目。
    • 环境特效（如雾气）使用 Alpha Blending，并严格控制粒子密度。
    • 使用了 Premultiplied Alpha 来处理手绘风格的特效贴图，避免了传统 Alpha Blending 常见的”黑边”问题。

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案例 2: 《Diablo III / IV》 (Blizzard)

  • 特点: 清晰的战斗可读性 (Readability)。
  • 分析:
    • 优先级管理: 技能特效的亮度与其伤害/威胁度成正比。普通攻击比较暗，大招极其明亮（Additive）。
    • 软粒子 (Soft Particles): 使用深度纹理（Depth Texture）计算淡入淡出，避免粒子与地面相交时产生生硬的切边线。

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🔗 4. 参考资料 (References)