Unity Fog 原理 源码分析 案例
2024-05-07 15:01:06
Unity Fog 原理 源码分析 案例
效果图
简述
- 背景知识
- clip空间坐标的范围
- d3d (near,0), unity remapping to (0,far) 越靠近相机z值越小
- opengl (near,-far) unity remapping to (0,far) 越靠近相机z越小
- 所以最终都被映射成(0,far)
- clip空间坐标的范围
- 原理
- 通过clip空间的pos.z的值计算雾效的强弱，z越大雾越大，z越小雾越小
- 雾效因子越小雾越强，雾效因子越大雾越弱
- clipPos.z和雾效因子成反比，z越大雾效因子越小，雾越大
- unity_FogParams：(density / sqrt(ln(2)), density / ln(2), –1/(end-start), end/(end-start))
- 线性雾效举例
float unityFogFactor = (coord) * unity_FogParams.z + unity_FogParams.w- 代码中的coord即使clipPos.z，当clipPos.z接近1时雾效因子最大，因为unity_FogParams.z是负值
- 自然对数公式的雾效举例
float unityFogFactor = unity_FogParams.y * (coord); unityFogFactor = exp2(-unityFogFactor)- z越大，雾效因子越小，雾越大
- 具体逻辑参见下方源码
使用
struct v2f
{float2 uv : TEXCOORD0;UNITY_FOG_COORDS(1) //声明雾效因子数据float4 vertex : SV_POSITION;float3 worldNormal : NORMAL;
};v2f vert (appdata v)
{v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);o.worldNormal = mul(unity_ObjectToWorld, v.normal);UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);//转换坐标return o;
}UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, lambertCol);//应用雾效
Unity设置雾效参数的菜单
- Window/Rendering/Lighting Settings/Fog标签下
Unity 雾效Shader关键源码
- 声明雾效因子
#define UNITY_FOG_COORDS_PACKED(idx, vectype) vectype fogCoord : TEXCOORD##idx;#if defined(FOG_LINEAR) || defined(FOG_EXP) || defined(FOG_EXP2)#define UNITY_FOG_COORDS(idx) UNITY_FOG_COORDS_PACKED(idx, float1)
- 计算雾效因子
#if defined(FOG_LINEAR)// factor = (end-z)/(end-start) = z * (-1/(end-start)) + (end/(end-start))#define UNITY_CALC_FOG_FACTOR_RAW(coord) float unityFogFactor = (coord) * unity_FogParams.z + unity_FogParams.w
#elif defined(FOG_EXP)// factor = exp(-density*z)#define UNITY_CALC_FOG_FACTOR_RAW(coord) float unityFogFactor = unity_FogParams.y * (coord); unityFogFactor = exp2(-unityFogFactor)
#elif defined(FOG_EXP2)// factor = exp(-(density*z)^2)#define UNITY_CALC_FOG_FACTOR_RAW(coord) float unityFogFactor = unity_FogParams.x * (coord); unityFogFactor = exp2(-unityFogFactor*unityFogFactor)
#else#define UNITY_CALC_FOG_FACTOR_RAW(coord) float unityFogFactor = 0.0
#endif#define UNITY_CALC_FOG_FACTOR(coord) UNITY_CALC_FOG_FACTOR_RAW(UNITY_Z_0_FAR_FROM_CLIPSPACE(coord))#define UNITY_FOG_COORDS_PACKED(idx, vectype) vectype fogCoord : TEXCOORD##idx;#if defined(FOG_LINEAR) || defined(FOG_EXP) || defined(FOG_EXP2)#define UNITY_FOG_COORDS(idx) UNITY_FOG_COORDS_PACKED(idx, float1)#if (SHADER_TARGET < 30) || defined(SHADER_API_MOBILE)// mobile or SM2.0: calculate fog factor per-vertex#define UNITY_TRANSFER_FOG(o,outpos) UNITY_CALC_FOG_FACTOR((outpos).z); o.fogCoord.x = unityFogFactor#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_TSPACE(o,outpos) UNITY_CALC_FOG_FACTOR((outpos).z); o.tSpace1.y = tangentSign; o.tSpace2.y = unityFogFactor#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_WORLD_POS(o,outpos) UNITY_CALC_FOG_FACTOR((outpos).z); o.worldPos.w = unityFogFactor#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_EYE_VEC(o,outpos) UNITY_CALC_FOG_FACTOR((outpos).z); o.eyeVec.w = unityFogFactor#else// SM3.0 and PC/console: calculate fog distance per-vertex, and fog factor per-pixel#define UNITY_TRANSFER_FOG(o,outpos) o.fogCoord.x = (outpos).z#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_TSPACE(o,outpos) o.tSpace2.y = (outpos).z#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_WORLD_POS(o,outpos) o.worldPos.w = (outpos).z#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_EYE_VEC(o,outpos) o.eyeVec.w = (outpos).z#endif
#else#define UNITY_FOG_COORDS(idx)#define UNITY_TRANSFER_FOG(o,outpos)#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_TSPACE(o,outpos)#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_WORLD_POS(o,outpos)#define UNITY_TRANSFER_FOG_COMBINED_WITH_EYE_VEC(o,outpos)
#endif
- clip空间坐标remapping
#if defined(UNITY_REVERSED_Z)#if UNITY_REVERSED_Z == 1//D3d with reversed Z => z clip range is [near, 0] -> remapping to [0, far]//max is required to protect ourselves from near plane not being correct/meaningfull in case of oblique matrices.#define UNITY_Z_0_FAR_FROM_CLIPSPACE(coord) max(((1.0-(coord)/_ProjectionParams.y)*_ProjectionParams.z),0)#else//GL with reversed z => z clip range is [near, -far] -> should remap in theory but dont do it in practice to save some perf (range is close enough)#define UNITY_Z_0_FAR_FROM_CLIPSPACE(coord) max(-(coord), 0)#endif
#elif UNITY_UV_STARTS_AT_TOP//D3d without reversed z => z clip range is [0, far] -> nothing to do#define UNITY_Z_0_FAR_FROM_CLIPSPACE(coord) (coord)
#else//Opengl => z clip range is [-near, far] -> should remap in theory but dont do it in practice to save some perf (range is close enough)#define UNITY_Z_0_FAR_FROM_CLIPSPACE(coord) (coord)
#endif
- 应用雾效
#define UNITY_FOG_LERP_COLOR(col,fogCol,fogFac) col.rgb = lerp((fogCol).rgb, (col).rgb, saturate(fogFac))#if defined(FOG_LINEAR) || defined(FOG_EXP) || defined(FOG_EXP2)#if (SHADER_TARGET < 30) || defined(SHADER_API_MOBILE)// mobile or SM2.0: fog factor was already calculated per-vertex, so just lerp the color#define UNITY_APPLY_FOG_COLOR(coord,col,fogCol) UNITY_FOG_LERP_COLOR(col,fogCol,(coord).x)#else// SM3.0 and PC/console: calculate fog factor and lerp fog color#define UNITY_APPLY_FOG_COLOR(coord,col,fogCol) UNITY_CALC_FOG_FACTOR((coord).x); UNITY_FOG_LERP_COLOR(col,fogCol,unityFogFactor)#endif#define UNITY_EXTRACT_FOG(name) float _unity_fogCoord = name.fogCoord#define UNITY_EXTRACT_FOG_FROM_TSPACE(name) float _unity_fogCoord = name.tSpace2.y#define UNITY_EXTRACT_FOG_FROM_WORLD_POS(name) float _unity_fogCoord = name.worldPos.w#define UNITY_EXTRACT_FOG_FROM_EYE_VEC(name) float _unity_fogCoord = name.eyeVec.w
#else#define UNITY_APPLY_FOG_COLOR(coord,col,fogCol)#define UNITY_EXTRACT_FOG(name)#define UNITY_EXTRACT_FOG_FROM_TSPACE(name)#define UNITY_EXTRACT_FOG_FROM_WORLD_POS(name)#define UNITY_EXTRACT_FOG_FROM_EYE_VEC(name)
#endif#ifdef UNITY_PASS_FORWARDADD#define UNITY_APPLY_FOG(coord,col) UNITY_APPLY_FOG_COLOR(coord,col,fixed4(0,0,0,0))
#else#define UNITY_APPLY_FOG(coord,col) UNITY_APPLY_FOG_COLOR(coord,col,unity_FogColor)
#endif
使用Lambert光照模型的支持雾效的shader
Shader "DC/Fog/UnityFog"
{Properties{}SubShader{Tags { "RenderType"="Opaque" }LOD 100Pass{CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag// make fog work#pragma multi_compile_fog#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"struct appdata{float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;};struct v2f{UNITY_FOG_COORDS(1)float4 vertex : SV_POSITION;float3 worldNormal : NORMAL;};v2f vert (appdata v){v2f o;o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.worldNormal = mul(unity_ObjectToWorld, v.normal);UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);return o;}fixed4 frag (v2f i) : SV_Target{fixed4 lambertCol = saturate(dot(i.worldNormal, normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz))) * _LightColor0;// apply fogUNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, lambertCol);return lambertCol;}ENDCG}}
}
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