Unity Shader Example 20 (Soft particle)

Shader "Particles/Additive (Soft)" {Properties {_MainTex ("Particle Texture", 2D) = "white" {}_InvFade ("Soft Particles Factor", Range(0.01,3.0)) = 1.0}Category {Tags { "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" }Blend One OneMinusSrcColorColorMask RGBCull OffLighting OffZWrite OffSubShader {Pass {CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"sampler2D _MainTex;fixed4 _TintColor;struct appdata_t {float4 vertex : POSITION;fixed4 color : COLOR;float2 texcoord : TEXCOORD0;};struct v2f {float4 vertex : SV_POSITION;fixed4 color : COLOR;float2 texcoord : TEXCOORD0;float4 projPos : TEXCOORD2;};float4 _MainTex_ST;v2f vert (appdata_t v){v2f o;o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);// *** o.projPos = ComputeScreenPos (o.vertex);// *** o.projPos.xy = (o.vertex.xy * fixed2(1, _ProjectionParams.x) + o.vertex.w) * 0.5;o.projPos.xy = (o.vertex.xy * fixed2(1, -1) + o.vertex.w) * 0.5;o.projPos.zw = o.vertex.zw;//COMPUTE_EYEDEPTH(o.projPos.z);o.projPos.z = -(mul( UNITY_MATRIX_MV, v.vertex ).z);o.color = v.color;o.texcoord = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);return o;}sampler2D_float _CameraDepthTexture;float _InvFade;uniform float4x4 _MVP;fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{/*float sceneZ_Ndc = LinearEyeDepth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos)));float sceneZ_Eye = LinearEyeDepth(sceneZ_Ndc);*//*// OpenGL// *** float sceneZ = LinearEyeDepth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos)));i.projPos.xy = i.projPos.xy / i.projPos.w;// 这里的范围是[0-1]，OpenGL需要是[-1, 1]float sceneZ_Ndc = tex2D(_CameraDepthTexture, i.projPos.xy).r;//[0-1] -> [-1, 1]sceneZ_Ndc = sceneZ_Ndc * 2 - 1;// *** float sceneZ_Eye = LinearEyeDepth(sceneZ_Ndc);float near = _ProjectionParams.y;float far = _ProjectionParams.z;// openGL投影矩阵，[3][3], [3][4]// zn = ( A * ze + B ) / (-ze)// ze = -B / (zn + A)float A = -(far + near) / (far - near);float B = -2 * far * near / (far - near);float sceneZ_Eye = -B / (sceneZ_Ndc + A);sceneZ_Eye = -sceneZ_Eye;*////*//dx// *** float sceneZ = LinearEyeDepth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos)));i.projPos.xy = i.projPos.xy / i.projPos.w;// 这里的范围是[0-1]float sceneZ_Ndc = tex2D(_CameraDepthTexture, i.projPos.xy).r;// *** float sceneZ_Eye = LinearEyeDepth(sceneZ_Ndc);float near = _ProjectionParams.y;float far = _ProjectionParams.z;// dx投影矩阵，[3][3], [4][3]// zn = ( A * ze + B ) / (ze)// ze = B / (zn - A)//dx投影矩阵float A = far / (far - near);float B = far * near / (near - far);float sceneZ_Eye = B / (sceneZ_Ndc - A);//*/float partZ_Eye = i.projPos.z;float fade = saturate (_InvFade * (sceneZ_Eye - partZ_Eye));i.color.a *= fade;half4 col = i.color * tex2D(_MainTex, i.texcoord);col.rgb *= col.a;return col;}ENDCG }} }}/*// x = 1 or -1 (-1 if projection is flipped)// y = near plane// z = far plane// w = 1/far planeuniform float4 _ProjectionParams;inline float4 ComputeScreenPos (float4 pos) {float4 o = pos * 0.5f;#if defined(UNITY_HALF_TEXEL_OFFSET)o.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w * _ScreenParams.zw;#elseo.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w;#endifo.zw = pos.zw;return o;}#define COMPUTE_EYEDEPTH(o) o = -mul( UNITY_MATRIX_MV, v.vertex ).zdefine SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(sampler, uv) (tex2Dproj(sampler, uv).r)inline float LinearEyeDepth( float z ){return 1.0 / (_ZBufferParams.z * z + _ZBufferParams.w);}//其中_ZBufferParams的定义如下：//double zc0, zc1;// OpenGL would be this:// zc0 = (1.0 - m_FarClip / m_NearClip) / 2.0;// zc1 = (1.0 + m_FarClip / m_NearClip) / 2.0;// D3D is this://zc0 = 1.0 - m_FarClip / m_NearClip;//zc1 = m_FarClip / m_NearClip;// now set _ZBufferParams with (zc0, zc1, zc0/m_FarClip, zc1/m_FarClip);*/

记录

1.  在Unity3D中，什么MVP的矩阵形式，其实都是OpenGL形式，写了测试代码来证明这一点：

public GameObject target;// Use this for initializationvoid Start () {        Camera cam = GetComponent<Camera>();        Matrix4x4 worldView = cam.worldToCameraMatrix;        Vector3 viewPos = worldView * target.transform.localPosition;        //target.GetComponent<MeshRenderer>().material.SetMatrix("_MVP", worldView * cam.projectionMatrix);        Debug.Log(viewPos);        Debug.Log(worldView);        Debug.Log(cam.projectionMatrix);        Debug.Log("--------------------OpenGL------------------------");        // OpenGL        Debug.Log(-(cam.far + cam.near) / (cam.far - cam.near));        Debug.Log(-2 * cam.far * cam.near / (cam.far - cam.near));        Debug.Log("--------------------D3D-------------------------");        // D3D        Debug.Log((cam.far) / (cam.far - cam.near));        Debug.Log(cam.far * cam.near / (cam.near - cam.far));}

2.

o.projPos = ComputeScreenPos (o.vertex);  

可以替换为：

o.projPos.xy = (o.vertex.xy * fixed2(1, _ProjectionParams.x) + o.vertex.w) * 0.5;

o.projPos.zw = o.vertex.zw;

（只是把[-w, w] 变换为[0, w]）

// x = 1 or -1 (-1 if projection is flipped)
// y = near plane
// z = far plane
// w = 1/far plane
uniform float4 _ProjectionParams;

SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos))

可以替换：

i.projPos.xy = i.projPos.xy / i.projPos.w;
float sceneZ_Ndc = tex2D(_CameraDepthTexture, i.projPos.xy).r;

i.projPos.xy = i.projPos.xy / i.projPos.w;

（从[0, w] 变成 [0, 1]， 为了取样）

3.

//COMPUTE_EYEDEPTH(o.projPos.z);

替换为

o.projPos.z = -(mul( UNITY_MATRIX_MV, v.vertex ).z);

为什么要乘上负号，其实讲Camera 的view矩阵打印出来，就会发现，因为是Camera的看的轴是 -z 轴， 与OpenGL是类似的。

如果，假设，camera 在 （0,0,0），cube在（0,0,10）， 

mul( UNITY_MATRIX_MV, v.vertex ).z 得到的，是-10， 

所以

o.projPos.z = -(mul( UNITY_MATRIX_MV, v.vertex ).z); 得到的就是真正的物体相对于Camera的Z的值。

4.

float sceneZ = LinearEyeDepth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos)));

代替为

i.projPos.xy = i.projPos.xy / i.projPos.w;
// 这里的范围是[0-1]
float sceneZ_Ndc = tex2D(_CameraDepthTexture, i.projPos.xy).r;


// *** float sceneZ_Eye = LinearEyeDepth(sceneZ_Ndc);
float near = _ProjectionParams.y;
float far = _ProjectionParams.z;


// dx投影矩阵，[3][3], [4][3]
// zn = ( A * ze + B ) / (ze)
// ze = B / (zn - A)


//dx投影矩阵
float A = far / (far - near);
float B = far * near / (near - far);
float sceneZ_Eye = B / (sceneZ_Ndc - A);

看看LinearEyeDepth 的定义，

inline float LinearEyeDepth( float z )
{
return 1.0 / (_ZBufferParams.z * z + _ZBufferParams.w);
}

//其中_ZBufferParams的定义如下：
//double zc0, zc1;
// OpenGL would be this:
// zc0 = (1.0 - m_FarClip / m_NearClip) / 2.0;
// zc1 = (1.0 + m_FarClip / m_NearClip) / 2.0;
// D3D is this:
//zc0 = 1.0 - m_FarClip / m_NearClip;
//zc1 = m_FarClip / m_NearClip;
// now set _ZBufferParams with (zc0, zc1, zc0/m_FarClip, zc1/m_FarClip);

其实，目前，_ZBufferParams，就是用了D3D情况下的值，就是

D3D :

_ZBufferParams = ( (n - f) / n， f / n ， (n - f) / nf ，1 / n )

D3D的投影矩阵，变换Z的矩阵的[3][3] (A), [4][3] (B),分别是

A = f / (f - n)

B = fn / (n - f)

D3D的投影矩阵变换Z的公式：zn（z_NDC）, ze (z_eye)

 zn = ( A * ze + B ) / (ze)

ze = B / (zn - A)

代入上面的，就可以得到，

1.0 / (_ZBufferParams.z * z + _ZBufferParams.w); 的目的就是为了从z_ndc 变为到 z_eye，

为什么要使用Dx的投影矩阵，是因为DepathTexture的范围是（0， 1）， 所以，用这个方法可以好快地讲（0， 1）的Z ，变换到 eye空间上，并且不需要乘上负号，因为

Dx的变换矩阵默认就是+z轴的。（因为Dx的投影矩阵是把z变换到[0, 1]的，这里是可以进行逆的）。

因为OpenGl在投影矩阵的时候，是 zn = (Aze + B) / -ze ， 而Dx的是，zn = (Aze + B) / ze， 所以，OpenGL的投影你操作，得到的，是-ze,所以要取反， 而 Dx得到的直接是ze，所以不用取反

 5. 

其实上面的有点不那么好理解，所以，现在另一种方案就是

float sceneZ = LinearEyeDepth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos)));

替换为

i.projPos.xy = i.projPos.xy / i.projPos.w;
// 这里的范围是[0-1]，OpenGL需要是[-1, 1]
float sceneZ_Ndc = tex2D(_CameraDepthTexture, i.projPos.xy).r;
//[0-1] -> [-1, 1]
sceneZ_Ndc = sceneZ_Ndc * 2 - 1;


// *** float sceneZ_Eye = LinearEyeDepth(sceneZ_Ndc);
float near = _ProjectionParams.y;
float far = _ProjectionParams.z;


// openGL投影矩阵，[3][3], [3][4]
// zn = ( A * ze + B ) / (-ze)
// ze = -B / (zn + A)


float A = -(far + near) / (far - near);
float B = -2 * far * near / (far - near);
float sceneZ_Eye = -B / (sceneZ_Ndc + A);
sceneZ_Eye = -sceneZ_Eye;

值得主要的就是，因为OpenGL的NDC的Z是【-1， 1】的，那么DepathTexture的【0,1】就要进行变换，少了这一步就不对了。

之后就上面的Dx类似了。

// openGL投影矩阵，[3][3]（A）, [3][4](B)  分别是：

A：-(f + n) / (f - n)

B: -2(fn) / (f - n)

变换公式：

// zn = ( A * ze + B ) / (-ze)
// ze = -B / (zn + A)

_ZBufferParams = (  (n - f)/2n， (n+f)/2n, (n-f)/2fn,  (n+f)/2fn )

最后记得

sceneZ_Eye = -sceneZ_Eye;

因为OpenGl在投影矩阵的时候，是 zn = (Aze + B) / -ze ， 而Dx的是，zn = (Aze + B) / ze， 所以，OpenGL的投影你操作，得到的，是-ze,所以要取反， 而 Dx得到的直接是ze，所以不用取反。

一样可以得到一样的效果。

参考：

http://forum.unity3d.com/threads/_zbufferparams-values.39332/

http://www.humus.name/temp/Linearize%20depth.txt