unity探照灯shader

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写在前面

前段时间美术提了个需求,需要制作一个车灯慢慢照向镜头的效果,受到shadowGun里面God Rays的启发,就有了这个shader。

最终效果如下(录屏的时候貌似把背景音乐也录进去了,大家将就看吧,建议关掉声音):

原理

这个shader的原理很简单,就是用一个模型来模拟了一个体积光,当模型朝向摄像机时,增加亮度,并且让部分顶点做一点偏移来模拟bloom的感觉,这里我还加入了噪音让光线看起来变化更丰富些。

准备工作

首先需要准备一个用来模拟体积光的模型,网格如下图所示:

其实就是一个圆形的平面,内圈用来模拟光源,外圈用来模拟体积光,我们刷入定点色来控制那些顶点是需要做变化的,如下图所示:

顶点法线要用来判断灯光朝向,全部垂直这个平面即可。

最后再准备一张灯光的贴图和噪音图(噪音图可以参考乐乐女神的这篇文章【图形学】谈谈噪声

在unity中的实现

shader部分比较简单,直接上代码:

Shader "Mya/GodRays"

{

Properties

{

_Color("Color" , Color) = (1,1,1,1)

_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}

_Noise("Noise" , 2D) = "Black"{}

_NoiseIntensity("Noise Intensity" , float) = 0.2

_NoiseWave("Noise Wave" , vector) = (-1.0,2.0,2.0,-1.0)

_MaxDistance("Distance Max" , float) = 20.0

_MinDistance("Distance Min" , float) = 1.0

_ViewAngleWeight("View Angle weight" , float) = 2

_MaxBrightness("Max Brightness" , Range(0,8)) = 2

_ViewClipRange("View SoftClip Range" , Range(0,1)) = 0.5

_ViewClipNear("Clip Near" , float) = 0.3

}

SubShader

{

Tags { "Queue"="Transparent" "IgnoreProjector"="True" "RenderType"="Transparent" }

LOD 100

Blend One One

//Blend One OneMinusSrcColor

  Cull Off

Lighting Off

ZWrite Off

Fog { Color (0,0,0,0) }

Pass

{

CGPROGRAM

#pragma vertex vert

#pragma fragment frag

#include "UnityCG.cginc"

struct appdata

{

float4 vertex : POSITION;

float2 uv : TEXCOORD0;

fixed4 color : COLOR;

half3 normal :NORMAL;

};

struct v2f

{

float4 pos : SV_POSITION;

float2 uv : TEXCOORD0;

float4 uv_noise : TEXCOORD1;

float4 viewPos : TEXCOORD2;

fixed4 color : COLOR;

};

fixed4 _Color;

sampler2D _MainTex;

float4 _MainTex_ST;

sampler2D _Noise;

float4 _Noise_ST;

half4 _NoiseWave;

half _NoiseIntensity;

half _MaxDistance;

half _MinDistance;

half _ViewAngleWeight;

half _MaxBrightness;

half _ViewClipRange;

half _ViewClipNear;

v2f vert (appdata v)

{

v2f o;

//摄像机空间体中心点的向量

float3 viewSpacecenterDir = -normalize(float3(UNITY_MATRIX_MV[0].w, UNITY_MATRIX_MV[1].w, UNITY_MATRIX_MV[2].w));

//摄像机空间法线

half3 viewSpaceNormalDir =  normalize(mul((float3x3)UNITY_MATRIX_MV,v.normal));

//法线与摄像机的夹角 VdotL

half viewAngle = viewSpaceNormalDir.z *0.5 + 0.5;

half powAngle = pow(viewAngle , _ViewAngleWeight);

//把顶点转换到摄像机空间

o.viewPos = mul(UNITY_MATRIX_MV , float4(v.vertex.xyz , 1));

//顶点偏移

o.viewPos.xyz += normalize(lerp( viewSpaceNormalDir , viewSpacecenterDir ,viewAngle ))* (_MinDistance + powAngle * _MaxDistance)  * v.color.a;

//转换到裁切空间

o.pos = mul(UNITY_MATRIX_P , o.viewPos );

//主纹理uv

o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);

//噪音图uv

float2 noiseUV = TRANSFORM_TEX(v.uv, _Noise);

o.uv_noise.xy = noiseUV + _Time.x * _NoiseWave.xy;

o.uv_noise.zw = noiseUV * 0.7 + _Time.x * _NoiseWave.zw;

//用观察角度来控制亮度

o.color = powAngle * _MaxBrightness ;

o.color.a = 1-v.color.a;

return o;

}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target

{

//当前像素到摄像机的距离

half viewDistance = length(i.viewPos.xyz);

//摄像机软裁剪值

half viewSoftClip = saturate(viewDistance * _ViewClipRange - _ViewClipNear);

//采样噪音图

half noise = (tex2D(_Noise, i.uv_noise.xy) + tex2D(_Noise, i.uv_noise.zw) )* _NoiseIntensity;

//采样主纹理

fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color;

//对亮度进行扰动

col.rgb =  saturate((col.rgb - noise)  * i.color.rgb * i.color.a) ;

return col * viewSoftClip;

}

ENDCG

}

}

}

我这里是放在摄像机空间来计算,最初是单纯的按照法线方向来作顶点偏移的,后来是感觉不是很想光的感觉,所以加入了摄像机的方向来作插值,这样会有一点光线照向摄像机的感觉。

最后用顶点和摄像机的距离来做了一点过渡,防止模型和摄像机出现明显的穿插。

在unity中预览一下效果:

这里面很多计算都是全凭感觉...大家理解思路就好...

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