unity3d shader之God Ray上帝之光-白红宇

unity3d shader之God Ray上帝之光

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发布时间：2019-06-22

本文共 8918 字，大约阅读时间需要 29 分钟。

又是一个post-process后期效果。god ray 上帝之光，说起上帝之光就是咱们再看太阳时太阳周围一圈的针状光芒

先放组效果，本文的场景资源均来自浅墨大神，效果为本文shader效果

增加了前篇HDR和Bloom。效果大增：

本文的代码是来自unity圣典中某大神的分享，博主做了小小的改进

然后就来做下解说，共同拥有两个shader，一个负责制造ray，一个负责和原屏幕图像混合，于原屏幕图像混合非常easy。就是单纯的把两个图像的颜色叠加。控制一下ray的权重，

接下来我们着重解说一下。制造ray的shader

是一个fragement shader

共同拥有4个外部变量

_ScreenLightPos屏幕上光线的位置，这个须要在c#脚本中计算并传出。稍后会解说

_Density密度

_Decay衰减

_Exposure曝光，用来控制亮度，大家都知道。在相机中，曝光时间越长图像越亮

先看vertex shader

v2f vert(v2in v)	{		v2f o;		o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);		half2 texCoord = v.texcoord;		half2 deltaTexCoord = texCoord - _ScreenLightPos.xy;		deltaTexCoord *= 1.0f / 8 * _Density;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv0 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv1 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv2 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv3 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv4 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv5 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv6 = texCoord;		texCoord -= deltaTexCoord;		o.uv7 = texCoord;		return o;	}

v.texcoord为当前点的坐标

deltaTexCoord为当前点对光源点的反向向量，长度为两点间距离

密度越大deltaTexCoord越大，不超过8，deltaTexCoord始终是个分数

第一个採样点为此处本来位置

採样点渐渐接进光源处

_Density越大採样点间距越大

从0到7，点的位置从光源处越来越近，离此处点越来越远

看看我们的v2f结构体。存了多少坐标点

struct v2f {		float4 pos : POSITION;		float2 uv0 : TEXCOORD0;		float2 uv1 : TEXCOORD1;		float2 uv2 : TEXCOORD2;		float2 uv3 : TEXCOORD3;		float2 uv4 : TEXCOORD4;		float2 uv5 : TEXCOORD5;		float2 uv6 : TEXCOORD6;		float2 uv7 : TEXCOORD7;	};

传入值的结构体v2in

struct v2in {		float4 vertex : POSITION;		float2 texcoord : TEXCOORD0;	};

我们就得到了当前点到光源点的一条直线中的八个点的坐标。为fragement shader取色混色用

当然本步骤也可在fragement shader中完毕，但效率没有vertex shader好，由于不用每一个像素都取样。仅仅是每一个顶点取样就好

再看fragement shader

half4 frag(v2f i) : COLOR    {        half illuminationDecay = 1.0f;        half4 color = tex2D(_MainTex, i.uv0)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv1)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv2)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv3)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv4)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv5)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv6)*illuminationDecay;        illuminationDecay *= _Decay;        color += tex2D(_MainTex, i.uv7)*illuminationDecay;        color /= 8;        return half4(color.xyz * _Exposure, 1);    }

illuminationDecay光照衰减。_Decay是我们外部可控衰减

_Exposure添加亮度

调整比重离此处像素点越远也就是离光源越近越衰减，可能有人会问，为什么会这样？由于我们还是要保留大部分为此处点的颜色，假设其它像素权重过大。则会造成此处点颜色不准确。甚至不好的模糊效果。

然后就是混色，基本上的原理就是从光源处打出无数条射线。嗯。能够这么理解。

Ray我们就制造好了，接下来我们须要把光线ray与原屏幕图像混合。这一步就比較简单了。仅仅给出源码。各位自己意会。

Shader "Custom/god ray 2 blend" {		Properties{		_MainTex("Base (RGB)", 2D) = "" {}		_GodRayTex ("God (RGB)", 2D) = ""{}		_Alpha("_Alpha", Float) = 0.5	}		// Shader code pasted into all further CGPROGRAM blocks		CGINCLUDE#include "UnityCG.cginc"		struct v2in {			float4 vertex : POSITION;			float2 texcoord : TEXCOORD0;		};		struct v2f {			float4 pos : POSITION;			float2 uv : TEXCOORD0;		};		sampler2D _MainTex;		sampler2D _GodRayTex;		uniform float _Alpha;		v2f vert(v2in v)		{			v2f o;			o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);			o.uv = v.texcoord;			return o;		}		half4 frag(v2f i) : COLOR		{			half4 color = tex2D(_MainTex, i.uv) + tex2D(_GodRayTex, i.uv)*_Alpha;			//half4 color = tex2D(_MainTex, i.uv);			return color;		}		ENDCG			Subshader{			Tags{ "Queue" = "Transparent" }			Pass{				ZWrite Off				BindChannels				{				Bind "Vertex", vertex				Bind "texcoord", texcoord0				Bind "texcoord1", texcoord1			}				Fog{ Mode off }				CGPROGRAM#pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest #pragma vertex vert#pragma fragment frag					ENDCG			}		}		Fallback off	} // shader

然后就是最后一步。也是十分重要的一步就是通过脚本把它弄到屏幕上。

此处的要点就是要求出光源在屏幕中的位置，

Camera类中有这么一个函数能够把世界坐标转换为屏幕坐标

Camera.WorldToScreenPoint(position)

官网介绍例如以下

Transforms position from world space into screen space.

把position从世界坐标转换为屏幕坐标

Screenspace is defined in pixels. The bottom-left of the screen is (0,0); the right-top is (pixelWidth,pixelHeight). The z position is in world units from the camera.

左下角是屏幕坐标系的原点，右上角是屏幕的最大范围，超出这个范围的光源我们都不进行god ray渲染了，以此作为推断，否则就会进行错误渲染，屏幕超出光照范围了仍在闪烁。

我们把光源的transport传入脚本，然后检验光源的position

另外还有重要一点就是推断光源在相机前面还是在后面。假设仅仅推断是否在屏幕内的话，相机转到光源后面也会被渲染god ray，解决方法在此。WorldToScreenPoint返回的z值为世界空间内光源与相机的距离，为矢量，所以我们就能用z值正负来推断前后了，为正则光源在相机前可渲染god ray。为负则光源在相机后不可渲染god ray

if (lightScreenPos.z > 0 && lightScreenPos.x > 0 && lightScreenPos.x < camera.pixelWidth && lightScreenPos.y >0 && lightScreenPos.y < camera.pixelHeight)

事实上就这么渲染也能够，可是效果并不好，god ray变成了“god point”，原因刚才分析的。shader的原理是取点到光源的八个点。那渲染的结果也就是出现了好多点，层次非常分明，就是由于之混乱和了那8次。解决方案就是多次渲染，点多了，就变成线了

我们要想使效果更好一点就要多次渲染

建立两个renderTexure tempRtA和tempRtB用来互相传值

Graphics.Blit(sourceTexture, tempRtA, material);

第一次过滤结果存在tempRtA

传到下一次渲染做_MainTex

Graphics.Blit(tempRtA, tempRtB, material);

再传出tempRtB到第三次渲染，再传出tempRtA。

。。

Graphics.Blit(tempRtB, tempRtA, material);

Graphics.Blit(tempRtA, tempRtB, material);

Graphics.Blit(tempRtB, tempRtA, material);

最后做混合，把ray texture传到blend shader作为GodRayTex。然后得到终于结果

materialBlend.SetTexture("_GodRayTex", tempRtA);

Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture, materialBlend, 0);

代码例如以下：

using UnityEngine;using System.Collections;[ExecuteInEditMode]public class godRay2 : MonoBehaviour{    public Transform lightpos;    public Shader curShader;    public Shader curShaderblend;    private Material curMaterial;    private Material curMateriaBlend;    public Vector4 ScreenLightPos = new Vector4(0, 0, 0, 0);    public float Density = 0.01f;    public float Decay = 0.5f;    public float Exposure = 0.5f;    public float Alpha = 1;    public RenderTexture tempRtA = null;    public RenderTexture tempRtB = null;    private Vector3 lightScreenPos;    #region Properties    Material material    {        get        {            if (curMaterial == null)            {                curMaterial = new Material(curShader);                curMaterial.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;            }            return curMaterial;        }    }    Material materialBlend    {        get        {            if (curMateriaBlend == null)            {                curMateriaBlend = new Material(curShaderblend);                curMateriaBlend.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;            }            return curMateriaBlend;        }    }    #endregion    void Start()    {        if (!SystemInfo.supportsImageEffects)        {            enabled = false;            return;        }        if (!curShader && !curShader.isSupported)        {            enabled = false;        }    }    void OnRenderImage(RenderTexture sourceTexture, RenderTexture destTexture)    {        if (curShader != null)        {            lightScreenPos = Camera.main.WorldToScreenPoint(lightpos.position);            if (lightScreenPos.z > 0 && lightScreenPos.x > 0 && lightScreenPos.x < camera.pixelWidth  && lightScreenPos.y > 0 && lightScreenPos.y < camera.pixelHeight)            {                material.SetVector("ScreenLightPos", new Vector4(lightScreenPos.x / camera.pixelWidth, lightScreenPos.y / camera.pixelHeight, 0, 0));                //   material.SetVector("ScreenLightPos", ScreenLightPos);                material.SetFloat("Density", Density);                material.SetFloat("Decay", Decay);                material.SetFloat("Exposure", Exposure);                materialBlend.SetFloat("Alpha", Alpha);                CreateBuffers();                Graphics.Blit(sourceTexture, tempRtA, material);                Graphics.Blit(tempRtA, tempRtB, material);                Graphics.Blit(tempRtB, tempRtA, material);                Graphics.Blit(tempRtA, tempRtB, material);                Graphics.Blit(tempRtB, tempRtA, material);                materialBlend.SetTexture("_GodRayTex", tempRtA);                Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture, materialBlend, 0);                //   Graphics.Blit(tempRtA, destTexture, material, 0);            }            else            {                Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture);            }        }        else        {            Graphics.Blit(sourceTexture, destTexture);        }    }    void CreateBuffers()    {        if (!tempRtA)        {            tempRtA = new RenderTexture(Screen.width / 4, Screen.height / 4, 0);            tempRtA.hideFlags = HideFlags.DontSave;        }        if (!tempRtB)        {            tempRtB = new RenderTexture(Screen.width / 4, Screen.height / 4, 0);            tempRtB.hideFlags = HideFlags.DontSave;        }    }    void OnDisable()    {        if (curMaterial)        {            DestroyImmediate(curMaterial);        }    }}

本shader有几个缺点。在比較暗的场景不要使用，由于光源处不亮，所以效果不好，Ray的质量不高，从样例就能够看出来，Ray非常不清晰，此处能够和Unity ImageEffect的Sun shafts作比較

最后放上两组效果