Unity Shader系列文章：Unity Shader目录-初级篇
Unity Shader系列文章：Unity Shader目录-中级篇
效果：
左图：在原图上描边的效果。右图：只显示描边的效果
左图：原效果。右图：直接对颜色图像进行边缘检测的结果
原理：
使用Roberts 算子进行边缘检测，Roberts 算子的本质就是计算左上角和右下角的差值，乘以右上角和左下角的差值，作为评估边缘的依据。按这样的方式，取对角方向的深度或法线值，比较它们之间的差值，如果超过某个阙值（可由参数控制），就认为它们之间存在一条边。
Roberts 算子
ScreenPostEffectsBase基类代码：
using UnityEngine;
/// <summary>
/// 屏幕后处理效果基类
/// </summary>
[ExecuteInEditMode]
[RequireComponent(typeof(Camera))]
public class ScreenPostEffectsBase : MonoBehaviour
{
public Shader Shader;
public Material Material
{
get
{
return CheckAndCreateMaterial();
}
}
private Material _material;
protected void Start()
{
CheckResources();
}
/// <summary>
/// 检查资源
/// </summary>
protected void CheckResources()
{
if (!CheckSupport())
{
NotSupported();
}
}
/// <summary>
/// 检查支持
/// </summary>
/// <returns></returns>
protected bool CheckSupport()
{
bool isSupported = SystemInfo.supportsImageEffects;
return isSupported;
}
/// <summary>
/// 不支持
/// </summary>
protected void NotSupported()
{
enabled = false;
}
/// <summary>
/// 检查和创建Material
/// </summary>
/// <returns></returns>
protected Material CheckAndCreateMaterial()
{
if (!Shader || !Shader.isSupported)
{
return null;
}
if (_material && _material.shader == Shader)
{
return _material;
}
_material = new Material(Shader);
_material.hideFlags = HideFlags.DontSave;
return _material;
}
}
ScreenEdgeDetectNormalsAndDepth派生类代码：
using UnityEngine;
/// <summary>
// 屏幕后处理-基于法线和深度纹理的边缘检测
/// </summary>
public class ScreenEdgeDetectNormalsAndDepth : ScreenPostEffectsBase
{
[Range(0.0f, 1.0f)]
public float EdgesOnly = 0.0f;
public Color EdgeColor = Color.black; // 边缘颜色
public Color BackgroundColor = Color.white; // 背景颜色
public float SampleDistance = 1.0f; // 控制对深度＋法线纹理采样时 ，使用的采样距离。值越大，描边越宽
public float SensitivityDepth = 1.0f; // 深度敏感度，影响当邻域的深度值相差多少时，会被认为存在一条边界
public float SensitivityNormals = 1.0f; // 法线敏感度，影响当邻域的法线值相差多少时，会被认为存在一条边界
private void OnEnable()
{
// 要获取摄像机的深度＋法线纹理
GetComponent<Camera>().depthTextureMode |= DepthTextureMode.DepthNormals;
}
// ImageEffectOpaque含义：
// 在默认情况下 OnRenderlmage 函数会 所有的不透明和透明的 Pass 执行完毕后被调用 ，
// 前添加 ImageEffectOpaque 属性后，可以在不透明 Pass (即渲染队列小于等于 500 Pass, 内置的 Background Geometry AlphaTest 渲染队列均在此范围内）
// 执行完毕后立即调用该函数，而不对透明物体（渲染队列为 Transparent Pass 产生影响，
[ImageEffectOpaque]
private void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
if (Material != null)
{
Material.SetFloat("_EdgeOnly", EdgesOnly);
Material.SetColor("_EdgeColor", EdgeColor);
Material.SetColor("_BackgroundColor", BackgroundColor);
Material.SetFloat("_SampleDistance", SampleDistance);
Material.SetVector("_Sensitivity", new Vector4(SensitivityNormals, SensitivityDepth, 0.0f, 0.0f));
Graphics.Blit(src, dest, Material);
}
else
{
Graphics.Blit(src, dest);
}
}
}
shander代码：
// 屏幕后处理-基于法线和深度纹理的边缘检测
Shader "Custom/EdgeDetectNormalsAndDepth"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
_EdgeOnly ("Edge Only", Float) = 1.0
_EdgeColor ("Edge Color", Color) = (0, 0, 0, 1)
_BackgroundColor ("Background Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
_SampleDistance ("Sample Distance", Float) = 1.0
_Sensitivity ("Sensitivity", Vector) = (1, 1, 1, 1)
}
SubShader
{
CGINCLUDE
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
half4 _MainTex_TexelSize;
fixed _EdgeOnly;
fixed4 _EdgeColor;
fixed4 _BackgroundColor;
float _SampleDistance;
half4 _Sensitivity;
sampler2D _CameraDepthNormalsTexture; // 深度＋法线纹理
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION;
half2 uv[5]: TEXCOORD0;
};
v2f vert(appdata_img v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
half2 uv = v.texcoord;
o.uv[0] = uv;
// 下面要对这个纹理坐标进行平台差异化处理，因为OpenGL，(0, 0)点对应了屏幕的左下角，DirectX中对应了屏幕左上角
// 大多数时候这都无关紧要，除了渲染到渲染纹理时。在此情况下，Unity 渲染到 Direct3D 上的纹理时，会自动在内部翻转渲染，以便平台之间的惯例匹配。
// 如果我们做的屏幕后期特效简单（一次处理一个纹理），这无关紧要，因为 Graphics.Blit 方法会自动进行处理。
// 然而，如果在屏幕后期特效中同时处理一个以上的 RenderTexture，它们很可能会在不同的垂直方向出现（仅在类似 Direct3D 的平台上，并且仅在使用抗锯齿选项时）
// UNITY_UV_STARTS_AT_TOP，纹理的坐标系原点在纹理顶部的平台上值：Direct3D类似平台是1；OpenGL类似平台是0
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
// 在Direct3D平台下，如果我们开启了抗锯齿，则xxx_TexelSize.y 会变成负值，好让我们能够正确的进行采样。
// 所以if (_MainTex_TexelSize.y < 0)的作用就是判断我们当前是否开启了抗锯齿。
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
uv.y = 1 - uv.y;
#endif
// 存储了使用 Roberts 算子时需要采样的纹理坐标
o.uv[1] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, 1) * _SampleDistance;
o.uv[2] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, -1) * _SampleDistance;
o.uv[3] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(-1, 1) * _SampleDistance;
o.uv[4] = uv + _MainTex_TexelSize.xy * half2(1, -1) * _SampleDistance;
return o;
}
// 计算对角线上两个纹理值的差值，返回0表明这两点之间存在一条边界，反之则返回1
half CheckSame(half4 center, half4 sample)
{
// 获取两个采样点的法线和深度值
// 这里并没有解码得到真正的法线值 而是直接使用了 xy 分量，是因为只需要比较两个采样值之间的差异度，
// 而并不需要知道它们真正的法线值。
half2 centerNormal = center.xy;
float centerDepth = DecodeFloatRG(center.zw);
half2 sampleNormal = sample.xy;
float sampleDepth = DecodeFloatRG(sample.zw);
// 把两个采样点的对应值相减并取绝对值，再乘以灵敏度参数，把差异值的每个分量相加再和一个阙值比较，
// 如果它们的和小于阈值， 则返回1, 说明差异不明显，不存在一条边界；否则返回0，说明存在一条边界。
half2 diffNormal = abs(centerNormal - sampleNormal) * _Sensitivity.x;
int isSameNormal = (diffNormal.x + diffNormal.y) < 0.1;
float diffDepth = abs(centerDepth - sampleDepth) * _Sensitivity.y;
int isSameDepth = diffDepth < 0.1 * centerDepth;
// 最后， 把法线和深度的检查结果相乘，作为组合后的返回值。
return isSameNormal * isSameDepth ? 1.0: 0.0;
}
fixed4 fragRobertsCrossDepthAndNormal(v2f i): SV_Target
{
half4 sample1 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv[1]);
half4 sample2 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv[2]);
half4 sample3 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv[3]);
half4 sample4 = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv[4]);
half edge = 1.0;
edge *= CheckSame(sample1, sample2);
edge *= CheckSame(sample3, sample4);
fixed4 withEdgeColor = lerp(_EdgeColor, tex2D(_MainTex, i.uv[0]), edge);
fixed4 onlyEdgeColor = lerp(_EdgeColor, _BackgroundColor, edge);
return lerp(withEdgeColor, onlyEdgeColor, _EdgeOnly);
}
ENDCG
Pass
{
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment fragRobertsCrossDepthAndNormal
ENDCG
}
}
Fallback Off
}
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