【Unity Shader学习笔记】（五）使用鼠标绘制自由多边形（附完整工程源码）

前言

在前面的文章中，我们已经了解了怎样使用Unity Shader来绘制简单的点和线，本文将延续上次的话题，讲述一下如何在场景中使用Unity Shader绘制自由多边形。

本文所述的程序，支持在地图中用鼠标点击，确定多边形顶点，并且绘制多边形的边，在内部填充半透明的颜色。先展示一下最终效果。完整工程下载地址在本文末尾处。

1 开发工具介绍

Windows 10（64位）

Unity 5.4.1（64位）

2 建立工程

首先建立一个新工程，命名为Polygon，并创建一个Scene。在场景中新建一个Plane，该Plane是默认带有碰撞体的，这个碰撞体必须有，因为我们在后边使用鼠标选取位置的时候，涉及到碰撞检测。给该Plane加上贴图。

3 核心代码实现

3.1 Polygon.cs脚本中实现的是鼠标点击和向shader传递信息的功能

（1）为了实现鼠标点选场景中的3D位置，需要使用射线

Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
RaycastHit hit;
if (Physics.Raycast(ray, out hit, 100))
{  Debug.DrawLine(ray.origin, hit.point);
}

（2）向shader传递顶点的位置和数量

mat.SetVectorArray("Value",screenPos); //传递顶点屏幕位置信息给shader
mat.SetInt ("PointNum",pointNum2Shader); //传递顶点数量给shader

（3）将鼠标点击的位置转化为屏幕坐标

worldPos[currentpointNum-1] = hit.point;
Vector3 v3 = Camera.main.WorldToScreenPoint (worldPos [currentpointNum-1]);
screenPos[currentpointNum-1] = new Vector4(v3.x,Screen.height-v3.y,v3.z,0);

3.2 Polygon.shader中实现多边形的绘制功能

（1）计算两点之间的距离函数

float Dis(float4 v1,float4 v2)
{return sqrt(pow((v1.x-v2.x),2)+pow((v1.y-v2.y),2));
}

（2）绘制线段的函数

bool DrawLineSegment(float4 p1, float4 p2, float lineWidth,v2f i)
{float4 center = float4((p1.x+p2.x)/2,(p1.y+p2.y)/2,0,0);//计算点到直线的距离  float d = abs((p2.y-p1.y)*i.vertex.x + (p1.x - p2.x)*i.vertex.y +p2.x*p1.y -p2.y*p1.x )/sqrt(pow(p2.y-p1.y,2) + pow(p1.x-p2.x,2));  //小于或者等于线宽的一半时，属于直线范围  float lineLength = sqrt(pow(p1.x-p2.x,2)+pow(p1.y-p2.y,2));if(d<=lineWidth/2 && Dis(i.vertex,center)<lineLength/2)  {  return true;  }  return false;
}

（3）绘制多边形的函数

参考：https://www.ecse.rpi.edu/Homepages/wrf/Research/Short_Notes/pnpoly.html

bool pnpoly(int nvert, float4 vert[6], float testx, float testy)
{int i, j;bool c=false;float vertx[6];float verty[6];for(int n=0;n<nvert;n++){vertx[n] = vert[n].x;verty[n] = vert[n].y;}for (i = 0, j = nvert-1; i < nvert; j = i++) {if ( ((verty[i]>testy) != (verty[j]>testy)) && (testx < (vertx[j]-vertx[i]) * (testy-verty[i]) / (verty[j]-verty[i]) + vertx[i]) )c = !c;}return c;
}

4 完整的C#脚本和Shader代码

Ploygon.cs

using UnityEngine;
using System.Collections;
[ExecuteInEditMode]
public class Polygon : MonoBehaviour {public Material mat; //绑定材质Vector3[] worldPos; //存储获取的3D坐标Vector4[] screenPos; //存储待绘制的多边形顶点屏幕坐标int maxPointNum=6;  //多边形顶点总数int currentpointNum =0; //当前已经获得的顶点数int pointNum2Shader =0; //传递顶点数量给shaderbool InSelection=true; //是否处于顶点获取过程void Start () {worldPos = new Vector3[maxPointNum];screenPos = new Vector4[maxPointNum];}void Update () {mat.SetVectorArray("Value",screenPos); //传递顶点屏幕位置信息给shadermat.SetInt ("PointNum",pointNum2Shader); //传递顶点数量给shader//使用摄像机发射一条射线，以获取要选择的3D位置Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);  RaycastHit hit;  if (Physics.Raycast(ray, out hit, 100))  {  Debug.DrawLine(ray.origin, hit.point);                     }  //利用鼠标点击来获取位置信息if (Input.GetMouseButtonDown (0)&& InSelection) {if (currentpointNum < maxPointNum) {currentpointNum++;pointNum2Shader++;worldPos[currentpointNum-1] = hit.point;Vector3 v3 = Camera.main.WorldToScreenPoint (worldPos [currentpointNum-1]);screenPos[currentpointNum-1] = new Vector4(v3.x,Screen.height-v3.y,v3.z,0);} else {InSelection = false;}}//实时更新已选择的3D点的屏幕位置for (int i = 0; i < maxPointNum; i++) {Vector3 v3 = Camera.main.WorldToScreenPoint (worldPos[i]);screenPos[i] = new Vector4(v3.x,Screen.height-v3.y,v3.z,0);}//检测是否有3D点移动到了摄像机后面，如果有，则停止绘制for (int i = 0; i < currentpointNum; i++) {if (Vector3.Dot(worldPos[i]- Camera.main.transform.position,Camera.main.transform.forward)<=0) {pointNum2Shader=0;break;}pointNum2Shader= currentpointNum;}}//抓取当前的渲染图像进行处理void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest) {  Graphics.Blit(src, dest, mat);  }
}

Polygon.shader

Shader "Unlit/polygon"
{Properties  {  //定义基本属性，可以从编辑器里面进行设置的变量  // _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}  }  CGINCLUDE//从应用程序传入顶点函数的数据结构定义 struct appdata  {  float4 vertex : POSITION;  float2 uv : TEXCOORD0;  };  //从顶点函数传入片段函数的数据结构定义  struct v2f  {  float2 uv : TEXCOORD0;  float4 vertex : SV_POSITION;  };  //定义贴图变量  sampler2D _MainTex;  // float4 _MainTex_ST;  //定义与脚本进行通信的变量vector Value[6]; int PointNum =0;//计算两点间的距离的函数float Dis(float4 v1,float4 v2){return sqrt(pow((v1.x-v2.x),2)+pow((v1.y-v2.y),2));}   //绘制线段bool DrawLineSegment(float4 p1, float4 p2, float lineWidth,v2f i){float4 center = float4((p1.x+p2.x)/2,(p1.y+p2.y)/2,0,0);//计算点到直线的距离  float d = abs((p2.y-p1.y)*i.vertex.x + (p1.x - p2.x)*i.vertex.y +p2.x*p1.y -p2.y*p1.x )/sqrt(pow(p2.y-p1.y,2) + pow(p1.x-p2.x,2));  //小于或者等于线宽的一半时，属于直线范围  float lineLength = sqrt(pow(p1.x-p2.x,2)+pow(p1.y-p2.y,2));if(d<=lineWidth/2 && Dis(i.vertex,center)<lineLength/2)  {  return true;  }  return false;}//绘制多边形，这里限制了顶点数不超过6。可以自己根据需要更改。bool pnpoly(int nvert, float4 vert[6], float testx, float testy){int i, j;bool c=false;float vertx[6];float verty[6];for(int n=0;n<nvert;n++){vertx[n] = vert[n].x;verty[n] = vert[n].y;}for (i = 0, j = nvert-1; i < nvert; j = i++) {if ( ((verty[i]>testy) != (verty[j]>testy)) && (testx < (vertx[j]-vertx[i]) * (testy-verty[i]) / (verty[j]-verty[i]) + vertx[i]) )c = !c;}return c;}v2f vert (appdata v)  {  v2f o;  //将物体顶点从模型空间换到摄像机剪裁空间，也可采用简写方式——o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);  o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);  //2D UV坐标变换,也可以采用简写方式——o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);  //o.uv = v.uv.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;  return o;  }             fixed4 frag (v2f i) : SV_Target  {  //绘制多边形顶点for(int j=0;j<PointNum;j++){if(Dis(i.vertex, Value[j])<3){return fixed4(1,0,0,0.5);}}//绘制多边形的边for(int k=0;k<PointNum;k++){if(k==PointNum-1){if(DrawLineSegment(Value[k],Value[0],2,i)){return fixed4(1,1,0,0.5);}}else{if(DrawLineSegment(Value[k],Value[k+1],2,i)){return fixed4(1,1,0,0.5);}}}//填充多边形内部if(pnpoly(PointNum, Value,i.vertex.x ,i.vertex.y)){return fixed4(0,1,0,0.3);}return fixed4(0,0,0,0);//fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv); //return col;  }  ENDCGSubShader  {  Tags { "RenderType"="Opaque" }  LOD 100  Pass  {  //选取Alpha混合方式  Blend  SrcAlpha OneMinusSrcAlpha  //在CGPROGRAM代码块中写自己的处理过程  CGPROGRAM  //定义顶点函数和片段函数的入口分别为vert和frag  #pragma vertex vert  #pragma fragment frag  //包含基本的文件，里面有一些宏定义和基本函数  #include "UnityCG.cginc"               ENDCG  }  }
}

5 运行效果

小结

本文介绍的是关于Unity Shader的一种基本应用。使用了简单的绘制技术，完成了在场景中进行自由多边形区域的选择功能。目前，还只是一种简单的实现，仅仅展示了绘制一个多边形。读者可以根据自己的需要，扩展其相关功能。

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工程文件打包下载：

链接: https://pan.baidu.com/s/1nvRSweH 密码: jr2g

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