【Reading Notes】CP5-Vertex Functions （着色器顶点处理）

来源：互联网发布：淘宝商品数据包下载编辑：程序博客网时间：2024/05/21 09:35

写在前面

Shader主要是用来模拟3D对象光照的真实情况，但不仅仅如此，他不仅仅定义了Objects看起来怎么样，还可以完全的重定义Objects的形状。

在这一章节，将学到：
+ 在Surface Shader访问顶点颜色
+ 在Surface Shader实现顶点动画
+ 挤压使模型变形
+ 实现雪
+ 实现体积爆炸效果

简介

在第一章节，创建了第一个shader，解释了3D模型不仅仅是三角面片的集合体。每个顶点还会包含一些额外的数据，为了更好的渲染他自己。这里将探索怎么去访问这下数据，并且在我们shader中使用。

通过Surface Shader访问顶点颜色

首先需要知道的是，一个顶点函数可以返回关于顶点自身的信息，并且是我们可以控制的。我们可以接收到顶点的法向量（一个float3值），顶点的位置（float3），你还可以往里面存储颜色（float4）。这里将展示如何去保存顶点颜色，以及如果利用顶点颜色。

我们需要定义vert函数的返回结构
struct Input
{
float2 uv_MainTex;
float2 vertColor;
}
从输入中获取顶点颜色，并返回
struct appdata_full {
float4 vertex : POSITION;
float4 tangent : TANGENT;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
float4 texcoord1 : TEXCOORD1;
float4 texcoord2 : TEXCOORD2;
float4 texcoord3 : TEXCOORD3;
fixed4 color : COLOR;
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};

上面是Unity内置定义的完整顶点结构，我们将从color字段获取倒顶点颜色,所以顶点函数大概长这个样子

void vert(inout appdata_full v, out Input o){    o.verColor = v.color;}

在Surface中使用

最后在surf中对颜色进行最终的处理已达到我们想要的效果

void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o){    o.Albedo = IN.vertColor.rgb * _MainTint.rgb; //简单的和主颜色叠加}

我们还可以使用vert color的第四个字段，因为我们定义的结构是一个float4类型的值。这意味着我们可以传递顶点的Alpha。你可以利用这个字段去优化对象的显示，实际上第四个字段的意义可以完全由开发者自己去控制，例如Alpha，添加透明，提供一个掩码去做纹理混合。

在Unity5中，可以使用DirectX11去编译我们的shader，但有一点瑕疵是Unity将不会给你任何提醒，即使是你的shader不能通过编译。仅仅需要在vert中添加一行代码：

void vert(inout appdata_full v, out Input o){    UNITY_INITALIZE_OUTPUT(Input, o);    o.vertColor = v.color;}

使顶点运动起来（Surface Shader）

在这里，着色器程序修改了mesh顶点的y值，通过CG内置的sin函数去模拟波浪的效果。通过Unity内置变量_Time去产生变化

Shader "CookbookShaders/self/vertexAni" {    Properties    {        _MainTex("Base (RGB)", 2D) = "white"{}        _tintAmount("Tint Amount", Range(0,1)) = 0.5        _ColorA("ColorA", Color) = (1, 1, 1, 1)        _ColorB("ColorB", Color) = (1, 1, 1, 1)        _Speed("Wave speed", Range(0.1, 80)) = 5        _Frequency("Wave Frequency", Range(0, 5)) = 2        _Amplitude("Wave Amplitude", Range(-1, 1)) = 1    }        SubShader        {            Tags {"RenderType" = "Opaque"}            LOD 200            CGPROGRAM    #pragma surface surf Lambert vertex:vert            sampler2D _MainTex;            float4 _ColorA;            float4 _ColorB;            float _tintAmount;            float _Speed;            float _Frequency;            float _Amplitude;            float _OffsetVal;            struct Input            {                float2 uv_MainTex;                float3 vertColor;            };            void vert(inout appdata_full v, out Input o)            {                float time = _Time * _Speed;                float waveValueA = sin(time + v.vertex.x * _Frequency) * _Amplitude;                v.vertex.xyz = float3(v.vertex.x, v.vertex.y + waveValueA, v.vertex.z);                o.vertColor = float3(waveValueA, waveValueA, waveValueA);                o.uv_MainTex = v.texcoord;            }            void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o)            {                half4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);                float3 tintColor = lerp(_ColorA, _ColorB, IN.vertColor).rgb;                o.Albedo = c.rgb * (tintColor * _tintAmount);                o.Alpha = c.a;            }        ENDCG    }    FallBack "Diffuse"}

Extruding（挤压？修改？）你的模型

在游戏制作的过程中，一个很大的问题是重复性，重复的创建内容是很消耗时间，例如想像你面对成千上万的敌人，他们都将长都一个样子。这里介绍一个以比较低的代价是的你的模型有不同的表现，通过shader去修改模型的几何数据，称作Normal extrusion。可以创建胖乎乎和瘦莽莽的模型。

主要思想是使得模型沿我们想要的方向变型。在这里的Shader中，我们沿模型的法线方向变化顶点的位置

void vert(inout appdata_full v){    float3 N = normalize(v.normal);    v.vertex.xyz += N * _Amount;}

想要对形变达到更过的控制，可以添加一个包含形变方向的Extrusion map 控制那些位置往外变化，那些往里变化，要注意的是texture里面存储的数据时候(0,1)范围的，需要把他转化为(-1, 1)

sampler2D _ExtrusionTex;void vert(inout appdata_full v) {float4 tex = tex2Dlod (_ExtrusionTex, float4(v.texcoord.xy,0,0));    float extrusion = tex.r * 2 - 1;    v.vertex.xyz += v.normal * _Amount * extrusion;}

雪，模型表面

雪的模拟游戏中也是个挑战，大量的游戏都是简单的使用雪的纹理贴图。这一小节将介绍如果达到雪的效果，而仅仅使用shander(不过是十分简单的版本，随便找个模型来试验，发现效果不好，需要对不同的模型做更多的调整)

实现体积爆炸

游戏艺术需要在真实效果和效率之间做聪明的取舍，这对于场景的爆炸效果也是一样。爆炸出现在很多游戏的核心部分，而且爆炸的物理模拟常常超出了当代计算机的运算能力。很多游戏使用粒子特效去做这类的效果，当爆炸发生的时候需要实例化很多火焰，烟雾等等粒子来达到效果，不幸的是这并没有显得很真实并且常常伴有斑点。本小节将介绍一个技术，可以达到更真实的效果:Volumetric explosions（体积爆炸），直接展开3D对象，而不是使用2D纹理去模拟。

着色器的核心是通过使用噪声贴图(Perlin noise)来改变3D对象的顶点,使用sin函数在控制时间维度的变化。
第二部分，在surf函数中使用Nosetex来随机一个颜色。并对颜色进行裁剪，RampTex是一个颜色的渐变贴图

Shader "CookbookShaders/self/explosion" {    Properties {        _RampTex("Color Ramp", 2D) = "white"{}        _RampOffset("Ramp offset", Range(-0.5, 0.5)) = 0        _NoiseTex("Noise Tex", 2D) = "gray" {}        _Period("Period", Range(0, 1)) = 0.5        _Amount("_Amount", Range(0, 1.0)) = 0.1        _ClipRange("ClipRange", Range(0, 1)) = 1    }    SubShader {        Tags { "RenderType"="Opaque" }        LOD 200        CGPROGRAM        #pragma surface surf Lambert vertex:vert nolightmap        // Use shader model 3.0 target, to get nicer looking lighting        //#pragma target 3.0        sampler2D _RampTex;        half _RampOffset;        sampler2D _NoiseTex;        float _Period;        half _Amount;        half _ClipRange;        struct Input {            float2 uv_NoiseTex;        };        void vert(inout appdata_full v)        {            float3 disp = tex2Dlod(_NoiseTex, float4(v.texcoord.xy, 0, 0));            float time = sin(_Time[3] * _Period + disp.r * 10);            v.vertex.xyz += normalize(v.normal) * disp.r * _Amount * time;        }        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)         {            float3 noise = tex2D(_NoiseTex, IN.uv_NoiseTex);            float n = saturate(noise.r + _RampOffset);            clip(_ClipRange - n);            half4 c = tex2D(_RampTex, float2(n, 0.5));            o.Albedo = c.rgb;            o.Emission = c.rgb * c.a;        }        ENDCG    }    FallBack "Diffuse"}

阅读全文

0 0