Unity Shader 学习笔记（23） 运动模糊

参考书籍：《Unity Shader 入门精要》

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运动模糊

两种常见方法：
- 积累缓存（accumulation buffer），混合连续多张图像。即需要同一帧里渲染多次场景，性能消耗较大。
- 速度缓存（velocity buffer），存储各个像素当前移动速度，利用该值判断模糊方向和大小，但曲线运动较大时会出现错误。

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积累缓存

保持之前渲染结果不断叠加混合，模拟出运动轨迹（幻影）的视觉效果。即不用一帧里多次渲染。

MotionBlur类：

using UnityEngine;public class MotionBlur : PostEffectsBase{    [Range(0.0f, 0.9f)]                         // 为1的时候完全代替当前帧的渲染结果    public float blurAmount = 0.5f;             // 模糊参数    private RenderTexture accumulationTexture;  // 保存之前图像的叠加效果    void OnDisable()    {        DestroyImmediate(accumulationTexture);  // 用完就销毁，下一次开始应用这个重新叠加    }    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)    {        if (TargetMaterial != null)        {            // 创建积累图像            if (accumulationTexture == null || accumulationTexture.width != src.width || accumulationTexture.height != src.height)            {                DestroyImmediate(accumulationTexture);                accumulationTexture = new RenderTexture(src.width, src.height, 0);                accumulationTexture.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;          // 变量不显示在Hierarchy中，也不会保存到场景                Graphics.Blit(src, accumulationTexture);        // 原始图像存入积累纹理            }            // 表明需要进行一个恢复操作。渲染恢复操作：发生在渲染到纹理，而该纹理有没有被提前情况或销毁情况下。            accumulationTexture.MarkRestoreExpected();          // accumulationTexture就不需要提前清空了            TargetMaterial.SetFloat("_BlurAmount", 1.0f - blurAmount);            // 混合当前屏幕和之前存的混合图像            Graphics.Blit(src, accumulationTexture, TargetMaterial);            // 最后输出混合图像            Graphics.Blit(accumulationTexture, dest);        }        else            Graphics.Blit(src, dest);    }}

Shader：

Properties {    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}    _BlurAmount ("Blur Amount", Float) = 1.0}

SubShader {    CGINCLUDE    ...    // 更新RGB，当前图像。A通道设为模糊值，方便后面混合    fixed4 fragRGB (v2f i) : SV_Target {        return fixed4(tex2D(_MainTex, i.uv).rgb, _BlurAmount);    }    // 更新A，直接返回（保护纹理的A通道，不受混合时透明度影响）    half4 fragA (v2f i) : SV_Target {        return tex2D(_MainTex, i.uv);    }    ENDCG    ZTest Always Cull Off ZWrite Off    Pass {        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha        ColorMask RGB        CGPROGRAM        #pragma vertex vert          #pragma fragment fragRGB          ENDCG    }    Pass {           Blend One Zero        ColorMask A        CGPROGRAM          #pragma vertex vert          #pragma fragment fragA        ENDCG    }}

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速度缓存

两种方法：
- 把场景所有物体的速度渲染到一张纹理中。缺点是需要修改所有物体的Shader，计算速度并输出到一张纹理。
- 利用深度纹理计算每个像素世界空间下的位置。使用前一帧的变换矩阵计算，就可以得到前一帧该点的位置。通过这两个点就可以计算得到速度值。缺点是要在片元着色器中进行两次矩阵乘法。

使用深度纹理实现

MotionBlurWithDepthTexture类：

using UnityEngine;// 使用深度纹理计算运动模糊public class MotionBlurWithDepthTexture : PostEffectsBase{    [Range(0.0f, 1.0f)]    public float blurSize = 0.5f;    private Camera targetCamera;    public Camera TargetCamera { get { return targetCamera = targetCamera == null ? GetComponent<Camera>() : targetCamera; } }    private Matrix4x4 previousViewProjectionMatrix;         // 上一帧摄像机的 视角x投影 矩阵    void OnEnable()    {        TargetCamera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;  // 设置状态以获取摄像机的深度纹理        previousViewProjectionMatrix = TargetCamera.projectionMatrix * TargetCamera.worldToCameraMatrix;    }    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)    {        if (TargetMaterial != null)        {            TargetMaterial.SetFloat("_BlurSize", blurSize);            // 上一帧的矩阵            TargetMaterial.SetMatrix("_PreviousViewProjectionMatrix", previousViewProjectionMatrix);            // 投影矩阵 * 视角矩阵 ，用于给下一帧计算该帧时的位置            Matrix4x4 currentViewProjectionMatrix = TargetCamera.projectionMatrix * TargetCamera.worldToCameraMatrix;            // 矩阵取逆，用于计算该帧的位置            Matrix4x4 currentViewProjectionInverseMatrix = currentViewProjectionMatrix.inverse;            TargetMaterial.SetMatrix("_CurrentViewProjectionInverseMatrix", currentViewProjectionInverseMatrix);            previousViewProjectionMatrix = currentViewProjectionMatrix;        }        Graphics.Blit(src, dest, TargetMaterial);    }}

Shader：

Properties {    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}    _BlurSize ("Blur Size", Float) = 1.0}SubShader {    CGINCLUDE    ...    struct v2f {        float4 pos : SV_POSITION;        half2 uv : TEXCOORD0;        half2 uv_depth : TEXCOORD1;    };    v2f vert(appdata_img v) {        v2f o;        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);        o.uv = v.texcoord;        o.uv_depth = v.texcoord;        #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP        if (_MainTex_TexelSize.y < 0)            o.uv_depth.y = 1 - o.uv_depth.y;        #endif        return o;    }    fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {        // 深度值。通过摄像机的深度纹理和纹理坐标计算（映射）出来        float d = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth);        // 构建像素的NDC坐标，xy像素的纹理坐标映射，        float4 H = float4(i.uv.x * 2 - 1, i.uv.y * 2 - 1, d * 2 - 1, 1);        // 当前帧的 视角x投影 矩阵的逆矩阵变换        float4 D = mul(_CurrentViewProjectionInverseMatrix, H);        // 并除w得到世界空间坐标         float4 worldPos = D / D.w;        // 当前视角位置         float4 currentPos = H;        // 上一帧位置        float4 previousPos = mul(_PreviousViewProjectionMatrix, worldPos);        previousPos /= previousPos.w;        // 前一帧和当前帧位置差 求速度        float2 velocity = (currentPos.xy - previousPos.xy)/2.0f;        // 邻域像素采样，相加求平均        float2 uv = i.uv;        float4 c = tex2D(_MainTex, uv);        uv += velocity * _BlurSize;        for (int it = 1; it < 3; it++, uv += velocity * _BlurSize) {            float4 currentColor = tex2D(_MainTex, uv);            c += currentColor;        }        c /= 3;        return fixed4(c.rgb, 1.0);    }    ENDCG    Pass {              ZTest Always Cull Off ZWrite Off        CGPROGRAM          #pragma vertex vert          #pragma fragment frag          ENDCG      }}