Unity_Shader高级篇_15_Unity Shader入门精要

第15章使用噪音
很多时候，向规则的事物里添加一些“杂乱无章”的效果往往会有意想不到的效果。而这些“杂乱无章”的效果来源就是噪音。在本章中，我们将会学习如何使用噪音来模拟各种看似神奇的特效。在15.1中，我们将使用一张噪音纹理来模拟火焰的消融效果。15.2节则把噪音应用在模拟水面的波动上，从而产生波光粼粼的视觉效果。在15.3中，我们会回顾13.3中实现的全局雾效，并向其中添加噪音来模拟不均匀的缥缈雾效。

15.1 消融效果
消融（dissolve）效果常见于游戏中的角色死亡、地图烧毁等效果。消融往往从不同的区域开始，并向看似随机的方向扩张，最后整个物体都将消失不见。
消融原理：概括来说就是噪音纹理+透明度测试。我们使用对噪声纹理采样的结果和某个控制消融程度的阀值比较，如果小于阀值，就使用clip函数把它对应的像素裁减掉，这些部分就对应了图中被“烧毁”的区域。而镂空区域边缘的烧焦效果则是将两种颜色混合，再用pow函数处理后，与原纹理颜色混合后的结果。

实现
（1）新建场景（Scene_15_1）。
（2）新建材质（DissolveMat）。
（3）新建Unity Shader（Chapter15-Dissolve），并赋给第二步中创建的材质。
（4）搭建场景，创建对象，并把第二步中创建的材质拖拽给对象。

Shader "Unity Shaders Book/Chapter 15/Dissolve" {Properties {//用于控制消融程度，当值为0时，物体为正常效果，当值为1时，物体会完全消融。_BurnAmount ("Burn Amount", Range(0.0, 1.0)) = 0.0//控制模拟燃烧效果时的线宽，它的值越大，火焰边缘和蔓延范围。。_LineWidth("Burn Line Width", Range(0.0, 0.2)) = 0.1//漫反射纹理_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}//法线纹理。_BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}//火焰边缘的两种颜色值，_BurnFirstColor("Burn First Color", Color) = (1, 0, 0, 1)_BurnSecondColor("Burn Second Color", Color) = (1, 0, 0, 1)//噪声纹理。_BurnMap("Burn Map", 2D) = "white"{}}SubShader {Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}Pass {Tags { "LightMode"="ForwardBase" }Cull OffCGPROGRAM#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"#pragma multi_compile_fwdbase//为了得到正确的光照，我们设置了Pass的LightMode和multi_compile_fwdbase的编译指令。这得注意的是，//我们还使用了Cull命令关闭了了该Shader的面片剔除，也就是说，模型的正面和背面都会//被渲染。这是因为，消融会导致裸露模型内部的构造，如果只渲染正面会出现错误的结果。#pragma vertex vert#pragma fragment fragfixed _BurnAmount;fixed _LineWidth;sampler2D _MainTex;sampler2D _BumpMap;fixed4 _BurnFirstColor;fixed4 _BurnSecondColor;sampler2D _BurnMap;float4 _MainTex_ST;float4 _BumpMap_ST;float4 _BurnMap_ST;struct a2v {float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;float4 tangent : TANGENT;float4 texcoord : TEXCOORD0;};//定于顶点着色器：struct v2f {float4 pos : SV_POSITION;float2 uvMainTex : TEXCOORD0;float2 uvBumpMap : TEXCOORD1;float2 uvBurnMap : TEXCOORD2;float3 lightDir : TEXCOORD3;float3 worldPos : TEXCOORD4;SHADOW_COORDS(5)};v2f vert(a2v v) {v2f o;o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);o.uvMainTex = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);o.uvBumpMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BumpMap);o.uvBurnMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BurnMap);TANGENT_SPACE_ROTATION;o.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)).xyz;o.worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;TRANSFER_SHADOW(o);return o;}//顶点着色器的代码很常规。我们使用宏TRANSFORM_TEX计算了三张纹理对应的纹理坐标，//再把光源方向从模型空间变换到了切线空间。最后，为了得到阴影信息，计算了世界空间下的顶点//位置和阴影纹理的坐标采样（使用了TRANSFER_SHADOW宏）（9.4）
）                // 我们还需要实现片元着色器来模拟消融效果：fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 burn = tex2D(_BurnMap, i.uvBurnMap).rgb;clip(burn.r - _BurnAmount);float3 tangentLightDir = normalize(i.lightDir);fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uvBumpMap));fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uvMainTex).rgb;fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(tangentNormal, tangentLightDir));fixed t = 1 - smoothstep(0.0, _LineWidth, burn.r - _BurnAmount);fixed3 burnColor = lerp(_BurnFirstColor, _BurnSecondColor, t);burnColor = pow(burnColor, 5);UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);fixed3 finalColor = lerp(ambient + diffuse * atten, burnColor, t * step(0.0001, _BurnAmount));return fixed4(finalColor, 1);}//我们首先对噪音纹理进行采样，并将采样结果和用于控制消融程度的属性//_BurnAmout相减，传递给clip函数。但结果小于0时，该像素将会剔除，从而//不会显示到屏幕上。如果通过了测试，则进行正常的光照计算。我们首先根据漫反射得到//纹理得到材质的反射率（albedo）并由此计算得到环境光照，进而得到漫反射光照。然后，我们//计算了烧焦burnColor。我们像要在宽度为_Linewaned的范围内模拟一个烧焦的颜色变化，第一步//使用了smoothstep函数来计算混合系数t。当t值为1时，表示该像素位于消融的边界处，当t等于0时，表明该像素为//正常的模型颜色，而中间的插值则表示需要模拟一个烧焦效果。我们首先用t来混合两种火焰颜色_BurnFirstColor和//_LineWidth的范围内模拟一个烧焦的颜色变化，第一步就使用了smoothstep函数来计算混合系数t。当t值为1时，表明该//像素位于消融的边界处，当t值为0时，表明该像素为正常的模型颜色，而中间的插值//则表示需要一个烧焦效果。我们首先用t来混合两种火焰颜色_BurnFirstColor和//_BurnSecondColor,为了让效果更接近烧焦的痕迹，我们还使用了pow函数对结果进行处理。//然后，我们再次使用t来混合正常的光照颜色（环境光和漫反射）和烧焦演的。我这里又使用了//函数来保证当_BurnAmout为0时，不显示任何消融效果。//最后，返回混合后的颜色值finalColor。ENDCG}// 作为一个影子投射器传递给渲染对象//自定义一个用于投射阴影的Pass。Pass {Tags { "LightMode" = "ShadowCaster" }CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#pragma multi_compile_shadowcaster//用于投射阴影的Pass的LightMode需要被设置为ShadowCaster，同时，还需要使用//#pragma multi_compile_shadowcaster#include "UnityCG.cginc"fixed _BurnAmount;sampler2D _BurnMap;float4 _BurnMap_ST;struct v2f {V2F_SHADOW_CASTER;float2 uvBurnMap : TEXCOORD1;};v2f vert(appdata_base v) {v2f o;//顶点着色部分，支持正常的偏移阴影。需要位置和法线在顶点输入中（TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET）//o作为输入结构体，其中包含顶点位置v.vertex和顶点法线v,normal的信息，我们可以直接//使用内置的appdata_base结构体（动态和静态光映射包含间接的漫射连接，因此忽略了SH）它包含了这些必需的顶点半两。TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o)//通过比例/偏差属性转换2D UV(TRANSFORM_TEX)o.uvBurnMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BurnMap);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {fixed3 burn = tex2D(_BurnMap, i.uvBurnMap).rgb;clip(burn.r - _BurnAmount);SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i)}//阴影投射的重点在于我们需要按正常Pass的处理来剔除片元或进行顶点动画，以便阴影可以和//物体正常渲染的结果相匹配。在自定义的阴影投射的Pass中，我们通常会使用Unity提供的内置宏//V2F_SHADOW_CASTER、TRANSFET_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(旧版本中会使用TRANSFER_SHADOW_CASTER)和//SHADOW_CASTER_FRAGMENT来帮助我们计算阴影投射时需要的各种变量，而我们可以只关注自定义计算的部分。//在上面的代码中，我们首先在v2f结构体中利用V2F_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET来填充//V2F_SHADOW_CASTER在背后声明的一些变量，这是由Unity在背后为我们完成的。我们需要//在顶点着色器中关注自定义的计算部分，我们首先按之前的处理方法使用噪声纹理//的采样结果来剔除片元，最后再利用SHADOW_CASTER_FRAGMENT来让Unity为我们//完成阴影有些的部分，把结果输出到都深圳图和阴影印刷社映射文字l}}FallBack "Diffuse"
}

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