Unity边缘检测shader简介(一)

发表于2018-07-25
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边缘检测在游戏开发过程中有很多运用,包括模型外发光、卡通风格渲染的描边等,在Real-Time Rendering一书中介绍了几种边缘检测技术,主要包括表面角获取轮廓、过程几何获取轮廓、通过图像处理生成轮廓。

先介绍一下通过表面角获取轮廓,其原理如下图,模型上的点,越接近边缘,其视角与法线的夹角越大(接近90度)。

下面通过一个边缘发光的shader,具体了解一下这个原理。shader代码如下,这个shader只简单的包括了环境光和漫反射光。
Shader "Unlit/Rim"
{
    Properties{
        _Diffuse("Diffuse", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _RimColor("RimColor",Color) = (1,1,1,1)
        _RimPow("RimPow",Range(1,10)) = 2
        _RimIdentity("RimIdentity",Range(0,10))=3
    }
        SubShader{
        Pass{
        Tags{ "LightMode" = "ForwardBase" }
        CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
        fixed4 _Diffuse;
        fixed4 _RimColor;
        float _RimPow;
        float _RimIdentity;
    struct a2v {
        float4 vert : POSITION;
        float3 normal : NORMAL;
    };
    struct v2f {
        float4 pos : SV_POSITION;
        float3 worldNormal : TEXCOORD0;
        float4 worldPos:TEXCOORD1;
    };
    v2f vert(a2v v) {
        v2f o;
        o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vert);
        o.worldNormal = mul((float3x3)unity_ObjectToWorld,v.normal);
        o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vert);
        return o;
    }
    fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{
    fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
    fixed3 worldLightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
    fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Diffuse.rgb * saturate(dot(worldNormal, worldLightDir));
    fixed3 worldCamDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);
    half rim = 1.0 - max(0,dot(worldCamDir, worldNormal));
    fixed3 rimCol = _RimColor.rgb*pow(rim, _RimPow);
    fixed3 color = ambient+ diffuse+rimCol*_RimIdentity;
    return fixed4(color, 1.0);
    }
        ENDCG
    }
    }
        FallBack "Diffuse"
}

像素着色器中,通过如下代码获取同一坐标系下的归一化的视角方向及法线方向:
    fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
    fixed3 worldCamDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.worldPos.xyz);

通过如下代码产生自放光,其中rim度量视角及法线的夹角大小,_RimPow可以控制边缘宽度,_RimIndentity控制自放光强度。
    half rim = 1.0 - max(0,dot(worldCamDir, worldNormal));
    fixed3 rimCol = _RimColor.rgb*pow(rim, _RimPow);
    fixed3 color = ambient+ diffuse+rimCol*_RimIdentity;
效果如下:
来自:https://blog.csdn.net/dark00800/article/details/77504649

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