Unity Shader系列文章：Unity Shader目錄-初級(jí)篇
Unity Shader系列文章：Unity Shader目錄-中級(jí)篇
參考文章：獲取深度紋理和法線紋理
參考文章：使用深度紋理，計(jì)算像素的世界坐標(biāo)
效果：
左圖：原效果肉盹。右圖：添加全局均勻霧效后的效果
原理：
計(jì)算霧效需要的霧效系數(shù)，根據(jù)系數(shù)將霧的顏色和原始顏色進(jìn)行混合后择膝。
float3 afterFog = f * fogColor + (1 - f) * origColor;
霧效系數(shù)f有很多計(jì)算方法。在 Unity 內(nèi)置的霧效實(shí)現(xiàn)中，支待三種霧的計(jì)算方式一線性
(Linear) 长捧、指數(shù) (Exponential) 以及指數(shù)的平方 (Exponential Squared) 。當(dāng)給定距離z后吻贿，
f計(jì)算公式分別如下：
- 線性(Linear)：
串结，
和
分別表示受霧影響的最大距離和最小距離。
指數(shù) (Exponential) ：
舅列，
是控制霧的濃度的參數(shù)肌割。
指數(shù)的平方 (Exponential Squared)：
，
本文中使用線性(Linear)的公式計(jì)算霧效系數(shù)f把敞。
ScreenPostEffectsBase基類代碼：
using UnityEngine;
/// <summary>
/// 屏幕后處理效果基類
/// </summary>
[ExecuteInEditMode]
[RequireComponent(typeof(Camera))]
public class ScreenPostEffectsBase : MonoBehaviour
{
public Shader Shader;
public Material Material
{
get
{
return CheckAndCreateMaterial();
}
}
private Material _material;
protected void Start()
{
CheckResources();
}
/// <summary>
/// 檢查資源
/// </summary>
protected void CheckResources()
{
if (!CheckSupport())
{
NotSupported();
}
}
/// <summary>
/// 檢查支持
/// </summary>
/// <returns></returns>
protected bool CheckSupport()
{
bool isSupported = SystemInfo.supportsImageEffects;
return isSupported;
}
/// <summary>
/// 不支持
/// </summary>
protected void NotSupported()
{
enabled = false;
}
/// <summary>
/// 檢查和創(chuàng)建Material
/// </summary>
/// <returns></returns>
protected Material CheckAndCreateMaterial()
{
if (!Shader || !Shader.isSupported)
{
return null;
}
if (_material && _material.shader == Shader)
{
return _material;
}
_material = new Material(Shader);
_material.hideFlags = HideFlags.DontSave;
return _material;
}
}
ScreenFogWithDepthTexture派生類代碼：
using UnityEngine;
/// <summary>
/// 屏幕后處理-霧效果
/// </summary>
public class ScreenFogWithDepthTexture : ScreenPostEffectsBase
{
[Range(0, 3)]
public float FogDensity = 1; // 霧濃度
public Color FogColor = Color.white; // 霧顏色
public float FogStart = 0; // 霧開(kāi)始的高度
public float FogEnd = 2; // 霧結(jié)束的高度
public Camera Camera
{
get
{
if (!_camera)
{
_camera = GetComponent<Camera>();
}
return _camera;
}
}
public Transform CameraTrans
{
get
{
if (!_cameraTrans)
{
_cameraTrans = Camera.transform;
}
return _cameraTrans;
}
}
private Camera _camera;
private Transform _cameraTrans;
private void OnEnable()
{
// 獲取攝像機(jī)深度紋理
Camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;
}
private void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
if (Material != null)
{
Matrix4x4 frustumCorners = Matrix4x4.identity;
// 獲取攝像機(jī)相關(guān)參數(shù)
float fov = Camera.fieldOfView;
float near = Camera.nearClipPlane;
float aspect = Camera.aspect;
// 先計(jì)算兩個(gè)向量——toTop 和 toRight，它們是起點(diǎn)位于近裁剪平面中心榨惠、分別指向攝像機(jī)正上方和正右方的向量
float halfHeight = near * Mathf.Tan(fov * 0.5f * Mathf.Deg2Rad);
Vector3 toRight = CameraTrans.right * halfHeight * aspect;
Vector3 toTop = CameraTrans.up * halfHeight;
// 計(jì)算攝像機(jī)近裁剪平面的四個(gè)對(duì)應(yīng)的向量奋早，不僅包含了方向信息，它們的模對(duì)應(yīng)了 個(gè)點(diǎn)到攝像機(jī)的空間距離
Vector3 topLeft = CameraTrans.forward * near + toTop - toRight;
float scale = topLeft.magnitude / near;
topLeft.Normalize();
topLeft *= scale;
Vector3 topRight = CameraTrans.forward * near + toRight + toTop;
topRight.Normalize();
topRight *= scale;
Vector3 bottomLeft = CameraTrans.forward * near - toTop - toRight;
bottomLeft.Normalize();
bottomLeft *= scale;
Vector3 bottomRight = CameraTrans.forward * near + toRight - toTop;
bottomRight.Normalize();
bottomRight *= scale;
// 把四個(gè)方向存儲(chǔ)到frustumCorners不同的行中赠橙，和頂點(diǎn)著色器中順序保持一致
frustumCorners.SetRow(0, bottomLeft);
frustumCorners.SetRow(1, bottomRight);
frustumCorners.SetRow(2, topRight);
frustumCorners.SetRow(3, topLeft);
Material.SetMatrix("_FrustumCornersRay", frustumCorners);
Material.SetFloat("_FogDensity", FogDensity);
Material.SetColor("_FogColor", FogColor);
Material.SetFloat("_FogStart", FogStart);
Material.SetFloat("_FogEnd", FogEnd);
Graphics.Blit(src, dest, Material);
}
else
{
Graphics.Blit(src, dest);
}
}
}
shader代碼：
// 屏幕后處理-霧效果
Shader "Custom/FogWithDepthTexture"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
_FogDensity ("Fog Density", Float) = 1.0 // 霧濃度
_FogColor ("Fog Color", Color) = (1, 1, 1, 1) // 霧顏色
_FogStart ("Fog Start", Float) = 0.0 // 霧開(kāi)始高度
_FogEnd ("Fog End", Float) = 1.0 // 霧結(jié)束高度
}
SubShader
{
CGINCLUDE
#include "UnityCG.cginc"
float4x4 _FrustumCornersRay;
sampler2D _MainTex;
half4 _MainTex_TexelSize;
sampler2D _CameraDepthTexture;
half _FogDensity;
fixed4 _FogColor;
float _FogStart;
float _FogEnd;
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION;
half2 uv: TEXCOORD0;
half2 uv_depth: TEXCOORD1;
float4 interpolatedRay: TEXCOORD2; // 像素向量
};
v2f vert(appdata_img v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.texcoord;
o.uv_depth = v.texcoord;
// 下面要對(duì)這個(gè)紋理坐標(biāo)進(jìn)行平臺(tái)差異化處理耽装，因?yàn)镺penGL，(0, 0)點(diǎn)對(duì)應(yīng)了屏幕的左下角期揪，DirectX中對(duì)應(yīng)了屏幕左上角
// 大多數(shù)時(shí)候這都無(wú)關(guān)緊要掉奄，除了渲染到渲染紋理時(shí)。在此情況下凤薛，Unity 渲染到 Direct3D 上的紋理時(shí)姓建，會(huì)自動(dòng)在內(nèi)部翻轉(zhuǎn)渲染，以便平臺(tái)之間的慣例匹配枉侧。
// 如果我們做的屏幕后期特效簡(jiǎn)單（一次處理一個(gè)紋理）引瀑，這無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)?Graphics.Blit 方法會(huì)自動(dòng)進(jìn)行處理榨馁。
// 然而，如果在屏幕后期特效中同時(shí)處理一個(gè)以上的 RenderTexture帜矾，它們很可能會(huì)在不同的垂直方向出現(xiàn)（僅在類似 Direct3D 的平臺(tái)上翼虫，并且僅在使用抗鋸齒選項(xiàng)時(shí)）
// UNITY_UV_STARTS_AT_TOP屑柔，紋理的坐標(biāo)系原點(diǎn)在紋理頂部的平臺(tái)上值：Direct3D類似平臺(tái)是1；OpenGL類似平臺(tái)是0
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
// 在Direct3D平臺(tái)下珍剑，如果我們開(kāi)啟了抗鋸齒掸宛，則xxx_TexelSize.y 會(huì)變成負(fù)值，好讓我們能夠正確的進(jìn)行采樣招拙。
// 所以if (_MainTex_TexelSize.y < 0)的作用就是判斷我們當(dāng)前是否開(kāi)啟了抗鋸齒唧瘾。
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
o.uv_depth.y = 1 - o.uv_depth.y;
#endif
// 盡管這里使用了很多判斷語(yǔ)句，但由于屏幕后處理所用的模型是一個(gè)四邊形網(wǎng)格别凤，
// 只包含4個(gè)頂點(diǎn)饰序，因此這些操作不會(huì)對(duì)性能造成很大影響。
int index = 0;
if (v.texcoord.x < 0.5 && v.texcoord.y < 0.5)
{
index = 0;
}
else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y < 0.5)
{
index = 1;
}
else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y > 0.5)
{
index = 2;
}
else
{
index = 3;
}
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
index = 3 - index;
#endif
o.interpolatedRay = _FrustumCornersRay[index];
return o;
}
fixed4 frag(v2f i): SV_Target
{
// 使用SAMPLE_DEPTH_TEXTURE對(duì)深度紋理進(jìn)行采樣规哪，再用LinearEyeDepth得到視角空間下的線性深度值
float linearDepth = LinearEyeDepth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth));
// 與interpolatedRay相乘后再和世界空間下的攝像機(jī)位置相加求豫，得到世界空間下的位置。
float3 worldPos = _WorldSpaceCameraPos + linearDepth * i.interpolatedRay.xyz;
// 使用公式計(jì)算霧效系數(shù) f = (Hend - y) / (Hend - Hstart)
float fogDensity = (_FogEnd - worldPos.y) / (_FogEnd - _FogStart);
// 使用aturate函數(shù)截取到[O, l] 范圍內(nèi)
fogDensity = saturate(fogDensity * _FogDensity);
// 使用該系數(shù)將霧的顏色和原始顏色進(jìn)行混合后返回
fixed4 finalColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
finalColor.rgb = lerp(finalColor.rgb, _FogColor.rgb, fogDensity);
return finalColor;
}
ENDCG
Pass
{
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
ENDCG
}
}
Fallback Off
}
