Unity Shader 学习笔记（25） 全局雾效

参考书籍：《Unity Shader 入门精要》
3D数学 学习笔记（7） 视图、视锥、视场（Field of View）、裁切空间、屏幕空间

---

雾效（Fog）

实现方法：
- Unity内置雾效可以产生基于距离的线性或指数雾效。
- 自行编写雾效需要添加#pragma multi_compile_fog指令，并使用相关宏。缺点是需要为所有物体添加渲染代码，实现效果有限。
- 根据深度纹理重建每个像素世界空间下位置，使用公式模拟雾效。

---

重建世界坐标

由世界空间下相机位置加上像素相对相机偏移量即可。
float worldPos = _WorldSpaceCameraPos + linearDepth * interpolatedRay;
- _WorldSpaceCameraPos：世界空间下相机位置，Unity内置变量。
- linearDepth：深度纹理的线性深度值。
- interpolatedRay：顶点着色器输出并插值后的射线，包含方向和距离。

interpolatedRay

实质是存了近裁切面的四个角的向量中最靠近的一个。在顶点着色器中，根据当前位置，选择对应的向量，做插值，最后传递给片元着色器得到interpolatedRay。

相关计算：aspect为宽高比。

---

雾的计算

颜色混合类似透明度混合：f为混合系数。
float3 afterFog = f * fogColor + (1 - f) * origColor;

雾效系数f的计算方法：z为距离（一般是点的高度）。
- 线性：f = (d_max - |z|) / (d_max - d_min)。d表示受雾影响的距离。
- 指数：f = e^{-d * |z|}。d是控制浓度的参数。
- 指数的平方：f = e^{-(d - |z|)2}。d是控制浓度的参数。

---

实现

FogWithDepthTexture类：

using UnityEngine;/// <summary>/// 雾效/// </summary>public class FogWithDepthTexture : PostEffectsBase{    private Camera targetCamera;    public Camera TargetCamera { get { return targetCamera = targetCamera == null ? GetComponent<Camera>() : targetCamera; } }    private Transform cameraTransform;    public Transform CameraTransform { get { return cameraTransform = cameraTransform == null ? TargetCamera.transform : cameraTransform; } }    [Range(0.0f, 3.0f)]    public float fogDensity = 1.0f;         // 雾的密度    public Color fogColor = Color.white;    // 雾的颜色    public float fogStart = 0.0f;           // 起始高度    public float fogEnd = 2.0f;             // 终止高度    void OnEnable()    {        TargetCamera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;    }    void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)    {        if (TargetMaterial != null)        {            Matrix4x4 frustumCorners = Matrix4x4.identity;  // 存近裁切平面的四个角            float fov = TargetCamera.fieldOfView;         // 竖直方向视角范围（角度）            float near = TargetCamera.nearClipPlane;      // 近平面距离             float aspect = TargetCamera.aspect;           // 宽高比            // 计算四个角对应的向量，存到frustumCorners            float halfHeight = near * Mathf.Tan(fov * 0.5f * Mathf.Deg2Rad);            Vector3 toRight = CameraTransform.right * halfHeight * aspect;            Vector3 toTop = CameraTransform.up * halfHeight;            Vector3 topLeft = CameraTransform.forward * near + toTop - toRight;            float scale = topLeft.magnitude / near;            topLeft.Normalize();            topLeft *= scale;            ...  // 同样方法计算其他三个角            frustumCorners.SetRow(0, bottomLeft);            frustumCorners.SetRow(1, bottomRight);            frustumCorners.SetRow(2, topRight);            frustumCorners.SetRow(3, topLeft);            TargetMaterial.SetMatrix("_FrustumCornersRay", frustumCorners);            TargetMaterial.SetFloat("_FogDensity", fogDensity);            TargetMaterial.SetColor("_FogColor", fogColor);            TargetMaterial.SetFloat("_FogStart", fogStart);            TargetMaterial.SetFloat("_FogEnd", fogEnd);        }        Graphics.Blit(src, dest, TargetMaterial);    }}

Shader：

Properties {    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}    _FogDensity ("Fog Density", Float) = 1.0    _FogColor ("Fog Color", Color) = (1, 1, 1, 1)    _FogStart ("Fog Start", Float) = 0.0    _FogEnd ("Fog End", Float) = 1.0}SubShader {    ...    struct v2f {        float4 pos : SV_POSITION;        half2 uv : TEXCOORD0;        half2 uv_depth : TEXCOORD1;             // 深度纹理        float4 interpolatedRay : TEXCOORD2;     // 插值后的像素向量    };    v2f vert(appdata_img v) {        ...        // 靠近哪个角选哪个        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 {        // 采样然后得到视角空间的线性深度值        float linearDepth = LinearEyeDepth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth));        float3 worldPos = _WorldSpaceCameraPos + linearDepth * i.interpolatedRay.xyz;   // 世界空间相机相加        float fogDensity = (_FogEnd - worldPos.y) / (_FogEnd - _FogStart);         fogDensity = saturate(fogDensity * _FogDensity);                    // 限制在0~1        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      }}