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Shader学习8——模型裁剪

Shader学习8——模型裁剪

作者: ShawnWeasley | 来源:发表于2021-03-02 08:51 被阅读0次

参考的csdn的一些裁剪算法,这套适配性比较广,就先用这个。
效果如下


image.png

代码比较简单,可以从任意轴和方向开始裁剪,其实就是宏定义判断一下顶点的x或者y或者z的值是否小于设定值。

Shader "Unlit/模型裁剪"
{
    Properties{
        _MainTex("Main Tex", 2D) = "white"{} // 纹理贴图
        _Color("Color", Color) = (1,1,1,1)   // 控制纹理贴图的颜色
        _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump"{} // 表示当该位置没有指定任何法线贴图时,就使用模型顶点自带的法线
        _BumpScale("Bump Scale", Float) = 1  // 法线贴图的凹凸参数。为0表示使用模型原来的发现,为1表示使用法线贴图中的值。大于1则凹凸程度更大。
        //裁切的范围(根据实际物体大小而定,通过C#赋值)(国际通用为±0.5)
        _DiscardFactor("DiscardFactor",Range(-2,2)) = 0.0
        //裁剪方向
        [KeywordEnum(LeftRight, UpDown, Around)] _Dir("Dir", Float) = 0
        //裁剪顺序-正反
        [KeywordEnum(JUST, BACK)] _ORDER("ORDER", Float) = 0
    }
    SubShader{
        Pass {
            // 只有定义了正确的LightMode才能得到一些Unity的内置光照变量
            Tags { "RenderType"="Opaque" "LightMode"="ForwardBase"}
            LOD 200

            CGPROGRAM

            // 包含unity的内置的文件,才可以使用Unity内置的一些变量
            #include "Lighting.cginc" // 取得第一个直射光的颜色_LightColor0 第一个直射光的位置_WorldSpaceLightPos0(即方向)
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            //设定宏定义
            #pragma multi_compile _DIR_LEFTRIGHT  _DIR_UPDOWN  _DIR_AROUND
            #pragma multi_compile _ORDER_JUST  _ORDER_BACK

            fixed4 _Color;
            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST; // 命名是固定的贴图名+后缀"_ST",4个值前两个xy表示缩放,后两个zw表示偏移
            sampler2D _NormalMap;
            float4 _NormalMap_ST; // 命名是固定的贴图名+后缀"_ST",4个值前两个xy表示缩放,后两个zw表示偏移
            float _BumpScale;    
            float _YFactor;
            float _DiscardFactor;

            struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;    // 告诉Unity把模型空间下的顶点坐标填充给vertex属性
                float3 normal : NORMAL;        // 不再使用模型自带的法线。保留该变量是因为切线空间是通过(模型里的)法线和(模型里的)切线确定的。
                float4 tangent : TANGENT;    // tangent.w用来确定切线空间中坐标轴的方向的。
                float4 texcoord : TEXCOORD0; 
            };

            struct v2f
            {
                float4 uv : TEXCOORD0; // xy存储MainTex的纹理坐标,zw存储NormalMap的纹理坐标
                float4 vertex : SV_POSITION; // 声明用来存储顶点在裁剪空间下的坐标
                float3 normal : NORMAL;  
                float3 lightDir : TEXCOORD1;   // 切线空间下,平行光的方向
                float3 worldPos:TEXCOORD2;

            };

            // 计算顶点坐标从模型坐标系转换到裁剪面坐标系
            v2f vert(a2v v)
            {
                v2f o;
                //顶点坐标转换
                // 该步骤用来把一个坐标从模型空间转换到剪裁空间
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); 

                //获取法线(把法线方向从模型空间转换到世界空间)。
                o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);

                //贴图的纹理坐标
                o.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw; 
                //法线贴图的纹理坐标
                o.uv.zw = v.texcoord.xy * _NormalMap_ST.xy + _NormalMap_ST.zw; 

                //调用这个宏会得到一个矩阵rotation,该矩阵用来把模型空间下的方向转换为切线空间下
                TANGENT_SPACE_ROTATION; 

                //切线空间下,平行光的方向
                o.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)); 

                o.worldPos= mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

                return o;
            }

            // 要把所有跟法线方向有关的运算,都放到切线空间下。因为从法线贴图中取得的法线方向是在切线空间下的。
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target 
            {
                /**************************法线贴图处理******************************/
                //法线方向。从法线贴图中获取。法线贴图的颜色值 --> 法线方向
                fixed4 normalColor = tex2D(_NormalMap, i.uv.zw); // 在法线贴图中的颜色值

                fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(normalColor); // 使用Unity内置的方法,从颜色值得到法线在切线空间的方向
                tangentNormal.xy = tangentNormal.xy * _BumpScale; // 控制凹凸程度
                tangentNormal = normalize(tangentNormal);

                //切线空间下的光照方向归一化
                fixed3 lightDir = normalize(i.lightDir);
                
                //兰伯特
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb *saturate(dot(tangentNormal, lightDir)) ; // 颜色融合用乘法
                /********************************************************/

                /**************************灯光照明******************************/
                //获取场景光
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                /********************************************************/

                /**************************贴图颜色******************************/
                //纹理坐标对应的纹理图片上的点的颜色
                fixed3 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv) ;

                /**************************裁剪规则******************************/
                float factor =0;

                #if defined(_DIR_LEFTRIGHT)
                    factor = i.worldPos.x;
                #elif defined(_DIR_UPDOWN)
                    factor = i.worldPos.y;
                #elif defined(_DIR_AROUND)
                    factor = i.worldPos.z;
                #endif
                
                //factor越小,下面保留的就越多
                #if defined(_ORDER_JUST)
                    if (factor<_DiscardFactor)
                #elif defined(_ORDER_BACK)
                    if (factor*-1<_DiscardFactor)
                #endif
                {
                    discard;
                }
                /********************************************************/

                //最终颜色叠加
                fixed3 color = (diffuse + ambient)*texColor;
                return fixed4(color, 1); //色彩叠加后与贴图颜色相乘
            }

            ENDCG
        }
        
    }
    FallBack "Diffuse"
}

直接的裁切不太实用,通常会需要增加一个边缘渐变:


image.png

实现上其实就是加一个条,然后实现渐变,颜色叠加上去就行了。
代码如下:

Shader "Unlit/模型裁剪边缘光"
{
    Properties{
        _MainTex("Main Tex", 2D) = "white"{} // 纹理贴图
        _Color("Color", Color) = (1,1,1,1)   // 控制纹理贴图的颜色
        _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump"{} // 表示当该位置没有指定任何法线贴图时,就使用模型顶点自带的法线
        _BumpScale("Bump Scale", Float) = 1  // 法线贴图的凹凸参数。为0表示使用模型原来的发现,为1表示使用法线贴图中的值。大于1则凹凸程度更大。
        //裁切的范围(根据实际物体大小而定,通过C#赋值)(国际通用为±0.5)
        _DiscardFactor("DiscardFactor",Range(-2,2)) = 0.0
        //裁剪方向
        [KeywordEnum(LeftRight, UpDown, Around)] _Dir("Dir", Float) = 0
        //裁剪顺序-正反
        [KeywordEnum(JUST, BACK)] _ORDER("ORDER", Float) = 0
        //切口光的颜色
        _LightColor("LightColor",Color) = (1,1,1,1)
        //光的宽度
        _LightWidth("LightWidth",Range(0.0,0.1))=0.05
    }
    SubShader{
        Pass {
            // 只有定义了正确的LightMode才能得到一些Unity的内置光照变量
            Tags { "RenderType"="Opaque" "LightMode"="ForwardBase"}
            LOD 200

            CGPROGRAM

            // 包含unity的内置的文件,才可以使用Unity内置的一些变量
            #include "Lighting.cginc" // 取得第一个直射光的颜色_LightColor0 第一个直射光的位置_WorldSpaceLightPos0(即方向)
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            //设定宏定义
            #pragma multi_compile _DIR_LEFTRIGHT  _DIR_UPDOWN  _DIR_AROUND
            #pragma multi_compile _ORDER_JUST  _ORDER_BACK

            fixed4 _Color;
            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST; // 命名是固定的贴图名+后缀"_ST",4个值前两个xy表示缩放,后两个zw表示偏移
            sampler2D _NormalMap;
            float4 _NormalMap_ST; // 命名是固定的贴图名+后缀"_ST",4个值前两个xy表示缩放,后两个zw表示偏移
            float _BumpScale;    
            float _YFactor;
            float _DiscardFactor;
            float4 _LightColor;
            float _LightWidth;
            struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;    // 告诉Unity把模型空间下的顶点坐标填充给vertex属性
                float3 normal : NORMAL;        // 不再使用模型自带的法线。保留该变量是因为切线空间是通过(模型里的)法线和(模型里的)切线确定的。
                float4 tangent : TANGENT;    // tangent.w用来确定切线空间中坐标轴的方向的。
                float4 texcoord : TEXCOORD0; 
            };

            struct v2f
            {
                float4 uv : TEXCOORD0; // xy存储MainTex的纹理坐标,zw存储NormalMap的纹理坐标
                float4 vertex : SV_POSITION; // 声明用来存储顶点在裁剪空间下的坐标
                float3 normal : NORMAL;  
                float3 lightDir : TEXCOORD1;   // 切线空间下,平行光的方向
                float3 worldPos:TEXCOORD2;

            };

            // 计算顶点坐标从模型坐标系转换到裁剪面坐标系
            v2f vert(a2v v)
            {
                v2f o;
                //顶点坐标转换
                // 该步骤用来把一个坐标从模型空间转换到剪裁空间
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); 

                //获取法线(把法线方向从模型空间转换到世界空间)。
                o.normal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);

                //贴图的纹理坐标
                o.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw; 
                //法线贴图的纹理坐标
                o.uv.zw = v.texcoord.xy * _NormalMap_ST.xy + _NormalMap_ST.zw; 

                //调用这个宏会得到一个矩阵rotation,该矩阵用来把模型空间下的方向转换为切线空间下
                TANGENT_SPACE_ROTATION; 

                //切线空间下,平行光的方向
                o.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)); 

                o.worldPos= mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

                return o;
            }

            // 要把所有跟法线方向有关的运算,都放到切线空间下。因为从法线贴图中取得的法线方向是在切线空间下的。
            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target 
            {
                /**************************法线贴图处理******************************/
                //法线方向。从法线贴图中获取。法线贴图的颜色值 --> 法线方向
                fixed4 normalColor = tex2D(_NormalMap, i.uv.zw); // 在法线贴图中的颜色值

                fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(normalColor); // 使用Unity内置的方法,从颜色值得到法线在切线空间的方向
                tangentNormal.xy = tangentNormal.xy * _BumpScale; // 控制凹凸程度
                tangentNormal = normalize(tangentNormal);

                //切线空间下的光照方向归一化
                fixed3 lightDir = normalize(i.lightDir);
                
                //兰伯特
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb *saturate(dot(tangentNormal, lightDir)) ; // 颜色融合用乘法
                /********************************************************/

                /**************************灯光照明******************************/
                //获取场景光
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;
                /********************************************************/

                /**************************贴图颜色******************************/
                //纹理坐标对应的纹理图片上的点的颜色
                fixed3 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv) ;

                /**************************裁剪规则******************************/
                float factor =0;

                #if defined(_DIR_LEFTRIGHT)
                    factor = i.worldPos.x;
                #elif defined(_DIR_UPDOWN)
                    factor = i.worldPos.y;
                #elif defined(_DIR_AROUND)
                    factor = i.worldPos.z;
                #endif
                
                //factor越小,下面保留的就越多
                #if defined(_ORDER_JUST)
                    if (factor<_DiscardFactor)
                #elif defined(_ORDER_BACK)
                    if (factor*-1<_DiscardFactor)
                #endif
                {
                    discard;
                }
                /********************************************************/
                
                //最终颜色叠加
                fixed3 color = (diffuse + ambient)*texColor;

                /**************************实现描边******************************/
                #if defined(_ORDER_JUST)
                    //factor<_DiscardFactor的部分已经被裁减,剩下的部分在加个边界做切面的描边
                    if (factor < _DiscardFactor+_LightWidth)
                    // return _LightColor;//不过渡直接纯色
                    //从边界逐渐过度
                    return  fixed4((_LightColor*smoothstep(_DiscardFactor+_LightWidth,_DiscardFactor,factor)).xyz+color,1);
                #elif defined(_ORDER_BACK)
                    if (factor*-1< _DiscardFactor+_LightWidth)
                    return  fixed4((_LightColor*(1-smoothstep(_DiscardFactor,_DiscardFactor+_LightWidth,factor*-1))).xyz+color,1);
                #endif
                /********************************************************/

                return fixed4(color, 1); //色彩叠加后与贴图颜色相乘
            }

            ENDCG
        }
        
    }
    FallBack "Diffuse"
}

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