Unity3d Shader篇（十五）— 激光扫描效果

文章目录

前言
一、什么是X射线或激光扫描效果？
- 1. X射线或激光扫描效果原理
- 2. X射线或激光扫描效果优缺点
- - - 优点：
    - 缺点：
二、使用步骤
- 1. Shader 属性定义
- 2. SubShader 设置
- 3. 渲染 Pass
- 4. 定义结构体和顶点着色器函数
- 5. 片元着色器函数
三、效果
四、总结

前言

在图形渲染中，X射线或激光扫描效果常用于突出显示特定物体的轮廓或边缘。通过调整光线与表面的夹角，可以产生类似于医学X射线或科幻风格的扫描效果。本文将介绍如何使用Unity Shader编写实现X射线或激光扫描效果的Shader。

一、什么是X射线或激光扫描效果？

1. X射线或激光扫描效果原理

X射线或激光扫描效果是一种通过计算光线与物体表面的夹角来产生特殊视觉效果的渲染技术。当光线与表面垂直或接近垂直时，表面会呈现出更亮的效果，而当光线与表面较平行时，则会呈现出更暗的效果。这种效果常被用于突出显示物体的边缘或轮廓，使得物体看起来更加立体和有质感。

2. X射线或激光扫描效果优缺点

优点：

突出轮廓： X射线或激光扫描效果能够有效地突出物体的轮廓或边缘，使得物体在视觉上更加清晰和立体。

增强质感： 通过调整光线与表面的夹角，可以使物体表现出更丰富的质感和纹理，增强视觉效果。

广泛应用： X射线或激光扫描效果在医学、科学、游戏、艺术等领域都有广泛的应用，能够满足不同领域的需求。

缺点：

计算复杂度高： 实现X射线或激光扫描效果需要对光线与表面的交互进行复杂的计算，对硬件性能要求较高。

可能造成视觉混淆： 如果不恰当地使用X射线或激光扫描效果，可能会造成视觉混淆或干扰，影响用户体验。

需要精细调节： 要达到理想的效果，需要对X射线或激光扫描效果的参数进行精细调节，需要一定的经验和技巧。

二、使用步骤

1. Shader 属性定义

// 定义属性
Properties {

	_XRayColor("XRayColor",Color)=(1,1,1,1) // X射线颜色
	_XRayPower("XRayPower",Range(0.001,3))=1 // X射线强度
}

2. SubShader 设置

SubShader
{
    Tags
    {

        // 在其他不透明物体后面渲染
        "Queue"="Geometry+1000"
    }
    
    LOD 100 // 细节级别
}

3. 渲染 Pass

Pass
{
	Tags
    {
        //关闭阴影
        "ForceNoShadowCasting" = "true"
    }
    // 混合模式，指定如何将当前像素的颜色与已存在的颜色进行混合。
    // SrcAlpha表示使用源颜色的Alpha值作为混合因子，One表示使用目标颜色的Alpha值作为混合因子
    Blend SrcAlpha One
    // 深度测试模式，指定在绘制当前像素时如何与深度缓冲区中的值进行比较
    // Greater表示只有当前像素的深度值大于深度缓冲区中的值时，才进行绘制
    ZTest Greater
     // 深度写入模式，指定是否将当前像素的深度值写入深度缓冲区。Off表示不进行深度写入，即只进行深度测试而不修改深度缓冲区中的值
    ZWrite Off
    CGPROGRAM
    
    #pragma vertex vert
    #pragma fragment frag

    // 包含Unity CG库
    #include "UnityCG.cginc"
    // 包含光照CG库
    #include "Lighting.cginc"

    fixed4 _XRayColor; // X射线颜色
    float _XRayPower; // X射线强度


}

这里开始了渲染 Pass 部分。在这里，我们使用了 CGPROGRAM 指令来声明顶点着色器和片元着色器函数。#pragma vertex vert 和 #pragma fragment frag 分别指定了顶点着色器函数和片元着色器函数的名称。

然后，我们包含了 UnityCG.cginc 和 Lighting.cginc，它们提供了许多有用的函数和宏，用于简化编写 Shader。

4. 定义结构体和顶点着色器函数

// 定义结构体：从顶点到片元的数据传递
struct v2f {
	float4 vertex: SV_POSITION; // 顶点位置
	float3 viewDir : TEXCOORD0; // 视角方向
	float3 normal : TEXCOORD1; // 法线
};

// 顶点着色器函数
v2f vert(appdata_base v) {
	v2f o;
	o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // 顶点位置变换到裁剪空间
	o.normal = v.normal; // 保存法线

	o.viewDir = ObjSpaceViewDir(v.vertex); // 计算视角方向
	return o;
}

顶点位置变换：将顶点从对象空间转换到裁剪空间，即将其位置从模型坐标系转换到屏幕坐标系，以便进行后续的投影和视口变换。

法线计算：计算每个顶点的法线向量，用于后续的光照计算和视角计算。

视角方向计算：计算每个顶点到观察者（摄像机）的方向向量，用于后续的光照和视角效果计算。

5. 片元着色器函数

// 片元着色器
fixed4 frag(v2f i): SV_Target {
	fixed3 viewDir = normalize(i.viewDir); // 视角方向单位化
	fixed3 normal = normalize(i.normal); // 法线单位化

	// 计算X射线效果
	float rim = 1 - dot(viewDir, normal); // 计算视角与法线的夹角余弦值
	return _XRayColor * pow(rim, 1 / _XRayPower); // 返回X射线颜色乘以rim的幂值
}