Shader之消融效果

简介

游戏中经常会看到特效给人眼前一亮的感觉，例如当怪物死亡时逐渐消逝的效果、人物由隐形状态逐渐显形的效果。本篇文章将从Shader的角度去思考如何通过代码去实现这些效果。

原理

噪声图：利用噪声图的特性可以产生从随机点开始扩散的消融效果
片元裁剪：利用Clip函数裁剪消融片元
基本流程：定义一个阈值（DissolveThreshold）范围在[0,1]，对噪声图进行纹理采样，将采样结果与阈值进行比较，如果大于阈值则正常显示，如果小于阈值则裁剪当前片元。当阈值从0递增到1时，消融范围逐步扩大实现逐渐消逝效果。当阈值从1递减到0时，消融范围逐步减少实现逐渐显形效果。

普通消融效果

Shader"MyShader/NormalDissolve"
{Properties{_Diffuse("Diffuse Color",Color) = (1,1,1,1)                      //主颜色_MainTex("Main Tex",2D) = "white"{}                               //主纹理_DissolveMap("Dissolve Map",2D) = "white"{}                       //消融噪声_DissolveThreshold("Dissolve Threshold",Range(0.0,1.0)) = 0.0  //阈值}SubShader{Tags{"RenderType" = "Opaque""Queue" = "Geometry"}//主Pass负责消融效果Pass{Tags{"LightMode"="ForwardBase"}//关闭背面剔除同时渲染模型正面与背面（避免消融裸露模型内部）Cull OffCGPROGRAM#include"Lighting.cginc"#include"AutoLight.cginc"#pragma multi_compile_fwdbase#pragma vertex vert#pragma fragment fragfixed4 _Diffuse;sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;sampler2D _DissolveMap;float4 _DissolveMap_ST;float _DissolveThreshold;struct a2v{float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;float4 texcoord : TEXCOORD0;};struct v2f{float4 pos : SV_POSITION;float2 uvMainTex : TEXCOORD0;float2 uvMapTex : TEXCOORD1;float3 worldNormal : TEXCOORD2;};v2f vert(a2v v){v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uvMainTex = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);o.uvMapTex = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_DissolveMap);o.worldNormal = mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{//采样噪声纹理fixed3 map = tex2D(_DissolveMap,i.uvMapTex).rgb;//阈值比较进行裁剪clip(map.r-_DissolveThreshold);fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);fixed3 albedo = tex2D(_MainTex,i.uvMainTex).rgb;fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;fixed3 diffuse = _Diffuse.rgb*_LightColor0.rgb*(dot(worldNormal,worldLight)*0.5+0.5);return fixed4(diffuse,1);}ENDCG}//负责处理阴影（避免以消融的片元产生阴影进而穿帮）Pass{Tags{"LightMode" = "ShadowCaster"}CGPROGRAM#include "UnityCG.cginc"#pragma vertex vert#pragma fragment frag#pragma multi_compile_shadowcasterfloat _DissolveThreshold;sampler2D _DissolveMap;float4 _DissolveMap_ST;struct v2f{V2F_SHADOW_CASTER;float2    uvDissolveMap : TEXCOORD0;};v2f vert(appdata_base v){v2f o;TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o);o.uvDissolveMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_DissolveMap);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{fixed3 map = tex2D(_DissolveMap,i.uvDissolveMap).rgb;clip(map.r-_DissolveThreshold);SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i);}ENDCG}}FallBack"Diffuse"
}

从运行效果图可以看出消融效果比较突兀，没有过渡的感觉。例如像物体燃烧时逐渐碳化然后消融的效果无法达到。

渐变消融效果

基本思路：定义一个边界宽度来控制渐变的范围，通过smoothstep函数根据噪声图采样结果与阈值的相减值计算渐变系数，根据渐变系数通过插值函数得到渐变色，将渐变色与片元颜色进行混合输出最终表面颜色值。

Shader"MyShader/GradientDissolve"
{Properties{_Diffuse("Diffuse Color",Color) = (1,1,1,1)                      //主颜色_MainTex("Main Tex",2D) = "white"{}                               //主纹理_DissolveMap("Dissolve Map",2D) = "white"{}                       //消融噪声_DissolveThreshold("Dissolve Threshold",Range(0.0,1.0)) = 0.0  //阈值_DissolveEdge("Dissolve Edge Width",Range(0.0,0.2)) = 0.1        //渐变边界宽度_DissolveColorA("Dissolve Color A",Color) = (1,1,1,1)            //边界颜色（近）_DissolveColorB("Dissolve Color B",Color) = (1,1,1,1)         //边界颜色（远）}SubShader{Tags{"RenderType" = "Opaque""Queue" = "Geometry"}//主Pass负责消融效果Pass{Tags{"LightMode"="ForwardBase"}//关闭背面剔除同时渲染模型正面与背面（避免消融裸露模型内部）Cull OffCGPROGRAM#include"Lighting.cginc"#include"AutoLight.cginc"#pragma multi_compile_fwdbase#pragma vertex vert#pragma fragment fragfixed4 _Diffuse;sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;sampler2D _DissolveMap;float4 _DissolveMap_ST;float _DissolveThreshold;float _DissolveEdge;fixed4 _DissolveColorA;fixed4 _DissolveColorB;struct a2v{float4 vertex : POSITION;float3 normal : NORMAL;float4 texcoord : TEXCOORD0;};struct v2f{float4 pos : SV_POSITION;float2 uvMainTex : TEXCOORD0;float2 uvMapTex : TEXCOORD1;float3 worldNormal : TEXCOORD2;};v2f vert(a2v v){v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uvMainTex = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);o.uvMapTex = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_DissolveMap);o.worldNormal = mul(v.normal,(float3x3)unity_WorldToObject);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{fixed3 map = tex2D(_DissolveMap,i.uvMapTex).rgb;clip(map.r-_DissolveThreshold);fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);fixed3 worldLight = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);fixed3 albedo = tex2D(_MainTex,i.uvMainTex).rgb;fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;fixed3 diffuse = _Diffuse.rgb*_LightColor0.rgb*(dot(worldNormal,worldLight)*0.5+0.5);/*smoothstep(edge0,edge1,x)函数:当x<=edge0时：返回0当edge0<=x<=edge1时：返回edge0与edge1间平滑插值当x>=edge0时：返回1*///计算渐变系数fixed t = 1-smoothstep(0.0,_DissolveEdge,map.r-_DissolveThreshold);//计算渐变颜色fixed3 burnColor = lerp(_DissolveColorA,_DissolveColorB,t);burnColor = pow(burnColor,5);//颜色混合fixed3 finalColor = lerp(ambient + diffuse,burnColor,t*step(0.0001,_DissolveThreshold));return fixed4(finalColor,1);}ENDCG}//负责处理阴影Pass{Tags{"LightMode" = "ShadowCaster"}CGPROGRAM#include "UnityCG.cginc"#pragma vertex vert#pragma fragment frag#pragma multi_compile_shadowcasterfloat _DissolveThreshold;sampler2D _DissolveMap;float4 _DissolveMap_ST;struct v2f{V2F_SHADOW_CASTER;float2   uvDissolveMap : TEXCOORD0;};v2f vert(appdata_base v){v2f o;TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o);o.uvDissolveMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_DissolveMap);return o;}fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{fixed3 map = tex2D(_DissolveMap,i.uvDissolveMap).rgb;clip(map.r-_DissolveThreshold);SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i);}ENDCG}}FallBack"Diffuse"
}

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