Unity Shader入门精要学习笔记：让画面动起来
Unity Shader中的时间变量 动画效果往往都是把时间添加到一些变量的计算中，以便在时间变化时，画面也可以随之变化。Unity Shader提供了一系列关于时间的内置变量来允许我们方便地在Shader中访问运行时间。 纹理动画 序列帧动画 要播放帧动画，我们需要计算出每个时刻需要播放的关键帧在纹理中的位置。 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'Shader "Unity Shaders Book/Chapter 11/Image Sequence Animation&quo...
Unity Shader入门精要学习笔记：学习Shader所需的数学基础
前言 由于此章节部分内容博主已经在计算机图形学中学习过，所以会少记录一部分，可以前往图形学：上和图形学：下查看 笛卡尔坐标系 二维笛卡尔坐标系 一个二维笛卡尔坐标系包含两个部分的信息 原点 两条过原点的互相垂直的矢量，即x轴和y轴，这些坐标轴也被称为是该坐标系的基矢量。 OpenGL和DirectX使用了不同的二维笛卡尔坐标系。 三维笛卡尔坐标系 在三维笛卡尔坐标系中，我们需要定义三个坐标轴和一个原点。 这三个坐标轴被称为该坐标系的基矢量。通常情况下，这三个坐标轴之间是互相垂直的，且长度为1，这样的基矢量被称为标准正交基。但这并不是必须的。如果不都为1，就是正交基。 左手坐标系和右手坐标系 两种坐标系无法通过旋转做到重合。 左右手坐标系转换方法是，把其中一个轴反转，并保持其他两个轴不变。 Unity使用的坐标系 Unity使用的是左手坐标系。（模型空间） 在观察空间中，Unity使用的是右手坐标系。以摄像机为原点的坐标系。 点和矢量 点是n维空间中的一个位置，他没有大小，宽度这类概念。 矢量是指n维空间中一种包含了模和方向的有向线段。 单位矢量可以用类似：$\widehat ...
Unity Shader入门精要学习笔记：更复杂的光照
更复杂的光照 Unity的渲染路径 Unity的渲染路径决定了光照是如何应用到Unity Shader中的。 Unity支持多种类型的渲染路径，主要有三种：前向渲染路径(Forward Rendering Path)，延迟渲染路径(Deferred Rendering Path)，顶点照明渲染路径(Vertex Lit Rendering Path)（在Unity 5.0后被抛弃）。 如果当前显卡不支持所选择的渲染路径，Unity就会自动使用更低一级的渲染路径。 通俗来讲，指定渲染路径是我们和Unity的底层渲染引擎的一次重要沟通。 如果不指定渲染路径，一些光照变量很可能不会被正确赋值。 前向渲染路径 前向渲染路径的原理 每进行一次完整的前向渲染，我们需要渲染该对象的渲染图元，并计算连个缓冲区的信息：颜色缓冲区和深度缓冲区。我们利用深度缓冲来决定一个片元是否可见，如果可见就更新颜色缓冲区的颜色值。 对于每个逐像素光源，我们都需要进行上面一次完整的渲染流程。如果一个物体在多个逐像素光源的影响区内，那么该物体就需要执行多个Pass，每个Pass计算一个逐像素光源的光照结果，然后在帧...
Unity Shader入门精要学习笔记：屏幕后处理效果
建立一个基本的屏幕后处理脚本系统 屏幕后处理通常是在渲染完整个场景得到屏幕图像后，再对这个图像进行一系列操作，实现各种屏幕特效。例如景深（Depth of Field），运动模糊（Motion Blur）等。 要实现屏幕后处理的基础在于得到渲染后的屏幕图像。 123456/// <summary>/// 抓取屏幕图像/// </summary>/// <param name="src">Unity会把当前渲染的得到的图像存储在第一个参数对应的源渲染纹理中</param>/// <param name="dest">目标渲染纹理</param>MonoBehaviour.OnRenderImage (RenderTexture src, RenderTexture dest) 12345678910111213/// <summary>/// 完成对渲染纹理的处理/// </summary>/// <param name="sour...
Unity Shader入门精要学习笔记：基础纹理
前言 纹理最初的目的就是使用一张图片来控制模型的外观。 在美术人员建模的时候，通常会在建模软件中利用纹理展开技术，把纹理映射坐标存储在每个顶点上。纹理映射坐标定义了该顶点在纹理中对应的2D坐标。 通常这些坐标使用一个二维变量(u,v)来表示，其中u是横向坐标，而v是纵向坐标，因此纹理映射坐标也被称为UV坐标。 但顶点UV坐标的范围通常都被归一化到[0,1]范围内。纹理采样时使用的纹理坐标不一定是在[0,1]范围内。实际上，这种不在[0,1]范围内的纹理坐标又是会非常有用，与之关系紧密的是纹理的平铺模式，它将决定渲染引擎在遇到不在[0,1]范围内的纹理坐标时如何进行纹理采样。 单张纹理 我们通常会使用一张纹理来代替物体的漫反射颜色。 实践 我们使用Blinn-Phong光照模型来计算光照。 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787...
Unity Shader入门精要学习笔记：基于物理的渲染
引言 随着计算机的处理能力越来越强，人们开始考虑使用更加复杂的算法来渲染更加真实的画面。 在二十世纪八十年代左右， 基于物理的渲染技术（Physically Based Shading, PBS） 首次被引入图形学的正统研究中，学者们提出了使用光线追踪的方法来渲染全局光照，由此打开了精确渲染光线传播的大门。 在实时渲染领域， 人们也发现了这种基于物理的光照模型的巨大优势。 在这之前， Lambert光照模型、 Phong 光照模型和 Blinn-Phong 光照模型等经验模型占据了主流。 然而，这种不满足能量守恒的光照模型使得美术人员需要花费大量的时间在参数调节上。 尤其是， 美术人员往往好不容易为一个物体调节好了所有参数，使得它在当前的光照条件下看起来是满意的。然而， 一旦光照环境发生了变化， 这一切都得从头再来。 因此， 近年来游戏从业者开始着手把基于物理的光照模型应用于实时渲染中。 PBS的理论和数学基础 光是什么 在物理学中，光是一种电磁波。首先，光由太阳或其他光源中被发射出来，然后与场景中的对象相交，一些光线被吸收（absorption），而另一些则被散射（scatte...
Unity Shader入门精要学习笔记：开始Unity Shader学习之旅
一个最简单的顶点/片元着色器 顶点/片元着色器的基本结构 123456789101112131415161718192021222324252627282930// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'shader "Unity Shader Book/Chapter 5/Simple Shader"{ SubShader { Pass { CGPROGRAM //表示vert函数是顶点着色器代码 #pragma vertex vert //表示fragment函数是片元着色器代码 #pragma fragment frag float4 vert(float4 v : PO...
Unity Shader入门精要学习笔记：非真实感渲染
前言 尽管游戏渲染一般是以照相写实主义作为主要目标，但也有一些游戏使用了非真实感渲染（Non-Photorealistic Rendering，NPR）,例如卡通，水彩风格等。 卡通风格的渲染 要实现卡通渲染有很多方法，其中之一就是使用基于色调的着色技术。 在卡通风格中，模型高光往往是一块块分界明显的纯色区域。 渲染轮廓线 在《Real Time Rendering, third edition》一书中，作者把这些方法分成5种类型。 基于观察角度和表面法线的轮廓线渲染，这种方法使用视角方向和表面法线的点乘结果来得到轮廓线的信息，可以在一个Pass中就得到渲染结果，但局限性很大，效果也不尽如人意。 过程式集合轮廓线渲染，使用两个Pass渲染，第一个Pass渲染背面的面片，并使用某些技术让它轮廓可见，第二个Pass再正常渲染正面的面片，这种方法快速有效，并且适用于绝大多数表面平滑的模型，缺点是不适合类似于立方体这样平整的模型。 基于图像处理的轮廓线渲染，适应面较广，缺点是一些深度和法线变换很小的轮廓无法被检测出来，例如桌子上的纸张。 基于轮廓边检测的轮廓线渲染，前几个方法最大问题...
Unity Shader入门精要学习笔记：使用噪声
消融效果 常见于游戏中角色死亡，地图烧毁等效果，这些效果中，消融往往从不同区域开始，并向看似随机的方向扩张，最后整个物体消失不见。 下面是来自《英魂之刃口袋版》的一个击杀特效： 原理非常简单，就是噪声纹理+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阈值比较，如果小于阈值，就是用clip函数把它对应的像素裁剪掉，也就是被“烧毁的部分”，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。 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243using UnityEngine;using System.Collections;/// <summary>/// 控制消融动画的辅助脚本/// </summary>public class BurnHelper : MonoBehaviour{ public Material material; [Range(0.01f, 1.0f)] ...
Unity Shader入门精要学习笔记：使用深度和法线纹理
前言 在进行边缘检测时，直接利用颜色信息会使检测到的边缘信息受物体纹理和光照等外部因素影响，得到很多我们不需要的边缘点。 我们可以在深度纹理和法线纹理上进行边缘检测，这些图像不会受光照和纹理的影响，仅仅保存了当前渲染物体的模型信息，通过这样的方式检测出来的边缘更加可靠。 获取深度和法线纹理 背后的原理 深度纹理实际就是一张渲染纹理，里面存储的像素值是高精度的深度值，由于被存储在一张纹理中，深度纹理中深度值范围为[0,1]，通常是非线性分布的。 这些深度值来自于顶点变换后得到的归一化的设备坐标（NDC）。 看下面一组透视相机投影变换的过程图（使用的变换矩阵是非线性的），最左边是投影变换前（观察空间下视锥体的结构及相应的顶点位置），中间是应用透视裁剪矩阵后的变换结果（顶点着色器阶段输出的顶点变换结果），最右边是底层硬件进行了透视除法后得到的归一化的设备坐标。 看下面一组正交相机投影变换的过程图（使用的变换矩阵是线性的） 在得到NDC后，深度纹理中的像素值就可以很方便的计算得到了，这些深度值就对应了NDC中顶点坐标的z分量的值，由于NDC中z分量的范围在[-1,1]，为了让这些值能...
