简介

RectMask2D 是一个类似 Mask 控件的遮罩控件。遮罩将子元素限制为父元素的矩形。与标准的遮罩控件不同，这种控件有一些限制，但也有许多性能优势。

实现原理

概述

ReckMask2D 的工作流大致如下

C#：找出父物体中所有RectMask2D覆盖区域的交集
C#：所有继承MaskGraphic的子物体组件调用方法设置裁剪区域（SetClipRect）传递给Shader
Shader：接收到矩形区域，片元着色器中判断像素是否在矩形区域内，不在则透明度设置为0
Shader：丢弃掉alpha小于0.001的元素

概括起来就是先将那些不在其矩形范围内的元素透明度设置为0，然后通过Shader丢弃掉透明度小于0.001的元素。

深层剖析

我们可以从UGUI的源码中对RectMask2D进行分析。

UGUI中定义了两个接口，IClipper和IClippable，分别表示裁剪对象和被裁剪对象。RectMask2D实现了IClipper接口，MaskableGraphic则实现了IClippable接口。

/// <summary>
/// Interface that can be used to recieve clipping callbacks as part of the canvas update loop.
/// </summary>
public interface IClipper
{
    void PerformClipping();
}

/// <summary>
/// Interface for elements that can be clipped if they are under an IClipper
/// </summary>
public interface IClippable
{
    
    GameObject gameObject { get; }

    void RecalculateClipping();

    RectTransform rectTransform { get; }

    void Cull(Rect clipRect, bool validRect);

    void SetClipRect(Rect value, bool validRect);

    void SetClipSoftness(Vector2 clipSoftness);
}

其中IClipper的PerformClipping就是用来设置裁剪矩形的方法。在探讨它的具体实现前，我们先来看下这个方法是何时被调用的：

CanvasUpdateRegistry是UI控件注册自己需要重建的地方，在每次画布开始绘制前会调用CanvasUpdateRegistry的PerformUpdate方法来重建所有注册的控件

在这之中也会触发ClipperRegistry的Cull方法，ClipperRegistry是所有IClipper注册的地方，在ClipperRegistry的Cull方法中会调用所有注册者的PerformClipping方法

public class ClipperRegistry
{
    // ...

    readonly IndexedSet<IClipper> m_Clippers = new IndexedSet<IClipper>();

    /// <summary>
    /// Perform the clipping on all registered IClipper
    /// </summary>
    public void Cull()
    {
        for (var i = 0; i < m_Clippers.Count; ++i)
        {
            m_Clippers[i].PerformClipping();
        }
    }

    // ...
}

每个RectMask2D都会在OnEnable中将自己注册到ClipperRegistry中

protected override void OnEnable()
{
    base.OnEnable();
    m_ShouldRecalculateClipRects = true;
    ClipperRegistry.Register(this);  // 注册自己
    MaskUtilities.Notify2DMaskStateChanged(this);
}

然后我们来看RectMask2D的PerformClipping具体实现：

通过MaskUtilities.GetRectMasksForClip沿着层级结构往上找到所有的RectMask2D，然后利用Clipping.FindCullAndClipWorldRect计算这些RectMask2D所表示的矩形的交集，求出一个重叠矩形

遍历所有的被裁减/被遮掩对象，通过SetClipRect为它们设置裁剪矩形。这些被裁剪对象是通过RectMask2D的AddClippable方法注册进来的

public virtual void PerformClipping()
{
    // ...
    
    // if the parents are changed
    // or something similar we
    // do a recalculate here
    if (m_ShouldRecalculateClipRects)
    {
        MaskUtilities.GetRectMasksForClip(this, m_Clippers);
        m_ShouldRecalculateClipRects = false;
    }
    
    // get the compound rects from
    // the clippers that are valid
    bool validRect = true;
    Rect clipRect = Clipping.FindCullAndClipWorldRect(m_Clippers, out validRect);

    // If the mask is in ScreenSpaceOverlay/Camera render mode, its content is only rendered when its rect
    // overlaps that of the root canvas.
    RenderMode renderMode = Canvas.rootCanvas.renderMode;
    bool maskIsCulled =
        (renderMode == RenderMode.ScreenSpaceCamera || renderMode == RenderMode.ScreenSpaceOverlay) &&
        !clipRect.Overlaps(rootCanvasRect, true);

    if (maskIsCulled)
    {
        // Children are only displayed when inside the mask. If the mask is culled, then the children
        // inside the mask are also culled. In that situation, we pass an invalid rect to allow callees
        // to avoid some processing.
        clipRect = Rect.zero;
        validRect = false;
    }

    if (clipRect != m_LastClipRectCanvasSpace)
    {
        foreach (IClippable clipTarget in m_ClipTargets)
        {
            clipTarget.SetClipRect(clipRect, validRect);
        }

        foreach (MaskableGraphic maskableTarget in m_MaskableTargets)
        {
            maskableTarget.SetClipRect(clipRect, validRect);
            maskableTarget.Cull(clipRect, validRect);
        }
    }
    // ...
    UpdateClipSoftness();
}

值得一提的是，在方法的末尾还调用了UpdateClipSoftness，这个方法比较简单，就是再遍历所有的被裁减/被遮掩对象一遍，调用它们的SetClipSoftness方法

public virtual void UpdateClipSoftness()
{
    // ...
    foreach (IClippable clipTarget in m_ClipTargets)
    {
        clipTarget.SetClipSoftness(m_Softness);
    }

    foreach (MaskableGraphic maskableTarget in m_MaskableTargets)
    {
        maskableTarget.SetClipSoftness(m_Softness);
    }
}

实现裁剪的关键就在于SetClipRect和SetClipSoftness的实现了，对于MaskableGraphic，它默认实现的SetClipRect和SetClipSoftness方法如下所示：

public virtual void SetClipRect(Rect clipRect, bool validRect)
{
    if (validRect)
        canvasRenderer.EnableRectClipping(clipRect);
    else
        canvasRenderer.DisableRectClipping();
}

public virtual void SetClipSoftness(Vector2 clipSoftness)
{
    canvasRenderer.clippingSoftness = clipSoftness;
}

其中CanvasRenderer是挂在对象上的CanvasRenderer组件。由于Unity并未将CanvasRenderer开源，所以其内部实现我们无从知晓。根据Unity API文档可知，EnableRectClipping的作用是启用矩形裁剪。将对位于指定矩形外的几何形状进行裁剪（不渲染）。DisableRectClipping对应的就是禁用该裁剪。通过查阅资料，得知是使用Shader实现的矩形裁剪。查看UI默认使用的Shader是UI/Default，这是Unity的内置Shader，源码可以在Unity官网下载：

Shader "UI/Default"
{
    Properties
    {
        // ...
        [Toggle(UNITY_UI_ALPHACLIP)] _UseUIAlphaClip ("Use Alpha Clip", Float) = 0
    }

    SubShader
    {
        Pass
        {
            Name "Default"
        CGPROGRAM
            // ...
            struct v2f
            {
                float4 vertex   : SV_POSITION;
                fixed4 color    : COLOR;
                float2 texcoord  : TEXCOORD0;
                float4 worldPosition : TEXCOORD1;
                half4  mask : TEXCOORD2;
                UNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO
            };

            sampler2D _MainTex;
            fixed4 _TextureSampleAdd;
            float4 _ClipRect;
            float _UIMaskSoftnessX;
            float _UIMaskSoftnessY;

            v2f vert(appdata_t v)
            {
                v2f OUT;
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
                UNITY_INITIALIZE_VERTEX_OUTPUT_STEREO(OUT);
                float4 vPosition = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                OUT.worldPosition = v.vertex;
                OUT.vertex = vPosition;

                float2 pixelSize = vPosition.w;
                pixelSize /= float2(1, 1) * abs(mul((float2x2)UNITY_MATRIX_P, _ScreenParams.xy));

                float4 clampedRect = clamp(_ClipRect, -2e10, 2e10);
                float2 maskUV = (v.vertex.xy - clampedRect.xy) / (clampedRect.zw - clampedRect.xy);
                OUT.texcoord = TRANSFORM_TEX(v.texcoord.xy, _MainTex);
                OUT.mask = half4(v.vertex.xy * 2 - clampedRect.xy - clampedRect.zw, 0.25 / (0.25 * half2(_UIMaskSoftnessX, _UIMaskSoftnessY) + abs(pixelSize.xy)));

                OUT.color = v.color * _Color;
                return OUT;
            }

            fixed4 frag(v2f IN) : SV_Target
            {
                half4 color = IN.color * (tex2D(_MainTex, IN.texcoord) + _TextureSampleAdd);

                #ifdef UNITY_UI_CLIP_RECT
                half2 m = saturate((_ClipRect.zw - _ClipRect.xy - abs(IN.mask.xy)) * IN.mask.zw);
                color.a *= m.x * m.y;
                #endif

                #ifdef UNITY_UI_ALPHACLIP
                clip (color.a - 0.001);
                #endif

                return color;
            }
        ENDCG
        }
    }
}

_ClipRect就是用来接收CanvasRenderer传递进来的裁剪矩形的
UNITY_UI_CLIP_RECT是控制是否开启矩形裁剪的宏，经过测试验证，EnableRectClipping会定义宏，而DisableRectClipping会禁用该宏的定义

在老版本Unity中，主要逻辑就是通过UnityGet2DClipping判断片元是否在矩形内，如果不在则返回0，否则返回1。不在矩形内的片元透明度将被设置为0。然后通过clip将透明度小于0.001的片元丢弃掉：

#ifdef UNITY_UI_CLIP_RECT
color.a *= UnityGet2DClipping(IN.worldPosition.xy, _ClipRect);
#endif

#ifdef UNITY_UI_ALPHACLIP
clip (color.a - 0.001);
#endif

inline float UnityGet2DClipping (in float2 position, in float4 clipRect)
{
    float2 inside = step(clipRect.xy, position.xy) * step(position.xy, clipRect.zw);
    return inside.x * inside.y;
}

而在新版本Unity中，实现类似逻辑的代码如下所示，在实现矩形裁剪算法的同时，还新增了对Softness柔软度的处理：

// vs
OUT.mask = half4(v.vertex.xy * 2 - clampedRect.xy - clampedRect.zw, 0.25 / (0.25 * half2(_UIMaskSoftnessX, _UIMaskSoftnessY) + abs(pixelSize.xy)));

// fs
#ifdef UNITY_UI_CLIP_RECT
half2 m = saturate((_ClipRect.zw - _ClipRect.xy - abs(IN.mask.xy)) * IN.mask.zw);  
color.a *= m.x * m.y;
#endif

我在实习时曾经写过一些UI相关的Shader，在写完后发现应用了Shader的UI元素会不受RectMask2D作用。本以为是模板缓冲的问题，后来经过查阅才知道RectMask2D并没有使用模板测试orz

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