【Unity3D】半球卷屏特效

2023-03-24 21:25| 来源: 网络整理| 查看: 265

1 原理

凸镜贴图和渐变凸镜贴图中介绍了使用 OpenGL 实现凸镜贴图及其原理，通过顶点坐标映射到纹理坐标，并构造三角形网格，构建了真正的三维凸镜模型。本文通过 Shader 实现半球卷屏特效，通过屏幕坐标映射到纹理坐标，不需要构建凸镜模型，效率更高。

1）凸变换原理

以下凸变换的原理图及公式推导，该图是截面图，vertex 是屏幕坐标，texture 是纹理坐标。

注意：屏幕坐标原坐标原点在屏幕左上角，y 轴向下，x、y 轴的值域分别为 [0, ScreenWidth]、[0, ScreenHeight]，纹理坐标原坐标原点在纹理图片左下角，x、y 轴的值域都是 [0, 1]，这里已进行了一些预处理，将屏幕坐标和纹理坐标的坐标轴都变换到中心位置，x、y 轴的值域都变换到 [-1, 1]。

2）渐变原理

当凸镜半角 (φ/2) 较小时（近似0°），凸镜半径较大 (近似无穷大)，屏幕只需要贴到凸镜的很小一块区域，该区域近似一个平面；当凸镜半角 (φ/2) 较大时（等于90°），凸镜半径较大（等于 1/sin(φ/2)），屏幕贴满整个凸镜；当凸镜半角 (φ/2) 由 0° 渐变到 90° 时，就会看到屏幕逐渐卷曲的效果。

本文代码资源见→Unity3D半球卷屏特效。

2 代码实现

CurlEffect.cs

using UnityEngine; [RequireComponent(typeof(Camera))] // 屏幕后处理特效一般都需要绑定在像机上 public class CurlEffect : MonoBehaviour { public float curlSpeed = 0.4f; // 卷屏速度 private Material smallConvexMaterial; // 小凸变换材质 private Material largeConvexMaterial; // 大凸变换材质 private bool enableSmallConvex = false; // 小凸变换开关 private bool enableLargeConcave = false; // 大凸变换开关 private float alpha; // 卷屏凸镜渐变半角 private void Awake() { smallConvexMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/Curl/SmallConvex")); largeConvexMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/Curl/LargeConvex")); smallConvexMaterial.hideFlags = HideFlags.DontSave; largeConvexMaterial.hideFlags = HideFlags.DontSave; } private void Update() { if (Input.GetMouseButton(0)) { alpha = 0.01f; curlSpeed = Mathf.Abs(curlSpeed); enableSmallConvex = true; enableLargeConcave = false; } } private void OnRenderImage (RenderTexture source, RenderTexture destination) { if (enableSmallConvex) { smallConvexMaterial.SetFloat("_alpha", alpha); IncreaseAlpha(); Graphics.Blit (source, destination, smallConvexMaterial); } else if (enableLargeConcave) { largeConvexMaterial.SetFloat("_alpha", alpha); IncreaseAlpha(); Graphics.Blit (source, destination, largeConvexMaterial); } else { Graphics.Blit (source, destination); } } private void IncreaseAlpha() { // alpha自增 alpha += Time.deltaTime * curlSpeed; if (alpha > Mathf.PI / 2 && curlSpeed > 0) { alpha = Mathf.PI / 2; curlSpeed = -curlSpeed; } else if (alpha < 0.01f && curlSpeed < 0) { alpha = 0.01f; curlSpeed = -curlSpeed; enableSmallConvex = !enableSmallConvex; // 大凸镜和小凸镜交替执行 enableLargeConcave = ! enableLargeConcave; } } }

SmallConvex.shader

Shader "Custom/Curl/SmallConvex" // 小凸镜变换 { Properties { _MainTex ("mainTex", 2D) = "white" {} } SubShader { Pass { ZTest Always Cull Off ZWrite Off Fog { Mode off } CGPROGRAM #pragma vertex vert_img // UnityCG.cginc中定义了vert_img方法, 对vertex和texcoord进行了处理, 输出v2f_img中的pos和uv #pragma fragment frag #pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest #include "UnityCG.cginc" sampler2D _MainTex; float _alpha; float2 beforeConvex(float2 pos) { // 小凸化前置变换, 将pos的窄边映射到(-1, 1)之间 pos /= _ScreenParams.xy; // 坐标映射到(0, 1)之间 pos = pos * 2 - 1; // 坐标映射到(-1, 1)之间 pos.y = -pos.y; // 屏幕坐标系原点在左上角, y轴向下, 所以要取反 pos.x *= (_ScreenParams.x / _ScreenParams.y); // 窄边映射到(-1, 1)之间, 宽边映射到(-ratio, ratio)之间(ratio为屏幕宽高比) return pos; } float2 convex(float2 pos) { // 凸化变换, 将屏幕坐标映射到纹理坐标, 窄边映射到(-1, 1)之间, 宽边大致映射到(-ratio, ratio)之间(ratio为屏幕宽高比) float rho = length(pos); float beta = rho * sin(_alpha); if (beta > 1) { return float2(-10000, -1000000); } return pos * asin(beta) / _alpha / rho; } float2 afterConvex(float2 uv) { // 小凸化后置变换, 将uv的窄边和宽边都映射到(0, 1)之间 uv.x = uv.x / (_ScreenParams.x / _ScreenParams.y) / 2 + 0.5; // 坐标由(-ratio, ratio)还原到(0, 1) uv.y = uv.y / 2 + 0.5; // 坐标由(-1, 1)还原到(0, 1) return uv; } fixed4 frag(v2f_img i) : SV_Target // uv坐标的计算不能在顶点着色器中进行, 因为屏后处理的顶点只有屏幕的4个角顶点 { float2 pos = beforeConvex(i.pos.xy); float2 uv = convex(pos); uv = afterConvex(uv); if (uv.x < 0 || uv.y < 0 || uv.x > 1 || uv.y > 1) { return float4(0, 0, 0, 0); } return tex2D(_MainTex, uv); } ENDCG } } Fallback off }

LargeConvex.shader

Shader "Custom/Curl/LargeConvex" // 大凸镜变换 { Properties { _MainTex ("mainTex", 2D) = "white" {} } SubShader { Pass { ZTest Always Cull Off ZWrite Off Fog { Mode off } CGPROGRAM #pragma vertex vert_img // UnityCG.cginc中定义了vert_img方法, 对vertex和texcoord进行了处理, 输出v2f_img中的pos和uv #pragma fragment frag #pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest #include "UnityCG.cginc" sampler2D _MainTex; float _alpha; float2 beforeConvex(float2 pos) { // 大凸化前置变换, 将pos的宽边映射到(-1, 1)之间 pos /= _ScreenParams.xy; // 坐标映射到(0, 1)之间 pos = pos * 2 - 1; // 坐标映射到(-1, 1)之间 pos.y = -pos.y; // 屏幕坐标系原点在左上角, y轴向下, 所以要取反 pos.y /= (_ScreenParams.x / _ScreenParams.y); // 宽边映射到(-1, 1)之间, 窄边映射到(-1/ratio, 1/ratio)之间(ratio为屏幕宽高比) return pos; } float2 convex(float2 pos) { // 凸化变换, 将屏幕坐标映射到纹理坐标, 宽边映射到(-1, 1)之间, 窄边大致映射到(-1/ratio, 1/ratio)之间(ratio为屏幕宽高比) float rho = length(pos); float beta = rho * sin(_alpha); if (beta > 1) { return float2(-10000, -1000000); } return pos * asin(beta) / _alpha / rho; } float2 afterConvex(float2 uv) { // 大凸化后置变换, 将uv的宽边和窄边都映射到(0, 1)之间 uv.x = uv.x / 2 + 0.5; // 坐标由(-1, 1)还原到(0, 1) uv.y = uv.y * (_ScreenParams.x / _ScreenParams.y) / 2 + 0.5; // 坐标由(-ratio, ratio)还原到(0, 1) return uv; } fixed4 frag(v2f_img i) : SV_Target // uv坐标的计算不能在顶点着色器中进行, 因为屏后处理的顶点只有屏幕的4个角顶点 { float2 pos = beforeConvex(i.pos.xy); float2 uv = convex(pos); uv = afterConvex(uv); if (uv.x < 0 || uv.y < 0 || uv.x > 1 || uv.y > 1) { return float4(0, 0, 0, 0); } return tex2D(_MainTex, uv); } ENDCG } } Fallback off } 3 运行效果

4 推荐阅读渲染管线固定管线着色器一固定管线着色器二表面着色器顶点和片元着色器选中物体描边特效基于模板测试和顶点膨胀的描边方法水波特效卷轴特效激光灯、碰撞特效凸镜贴图渐变凸镜贴图

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