【Unity Shader】渲染纹理（镜子与玻璃）

一般来说，一个摄像机的渲染结果会输出到颜色缓冲之中，并显示到我们的屏幕上。现代的GPU允许我们把整个三维场景渲染到一个中间缓冲中，即渲染目标纹理（RTT），而不是传统的帧缓冲或者后备缓冲。与之相关的是多重渲染目标（MRT），这个技术指的是GPU允许我们把场景同时渲染到多个渲染目标纹理之中。延迟渲染就是多重渲染目标的一个应用。

Unity为目标纹理定义了一种专门的纹理类型–渲染纹理。
在Unity中一般有两种方式使用：
1.一种方式是在目录下创建一个渲染纹理，然后把某个摄像机的渲染目标设置成该渲染纹理，这样一来该摄像机的渲染结果就会实时更新到渲染纹理中，而不会显示到屏幕上。（镜子效果的原理）
2.在屏幕后处理时使用GrabPass命令或者OnRenderImage函数来获取当前的屏幕图像。Unity会把这个图像放到一张和屏幕分辨率等同的渲染纹理之中。

镜子的效果非常简单，我们只需要在Shader中水平翻转一下采样纹理就可以了（不过要先建立一个摄像机来获取这个纹理）
效果：

我这里对的不是很齐，需要调整相机位置，远近平面裁剪参数和相机视角才能得到正确的值。这里就先不用了，因为只是为了实现这个效果。
记得建立完Mirror Texture后，把相机的输出目标改动一下
Shader代码：

// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Unlit/Mirror"
{
     
    Properties
    {
     
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {
     }
    }
    SubShader
    {
     
        Tags {
     "RenderType" = "Opaque" "Queue" = "Geometry"}

        Pass
        {
     
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            sampler2D _MainTex;

            struct a2v{
     
                float4 vertex : POSITION;
                float3 texcoord : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f{
     
                float4 pos : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;  
            };

            v2f vert(a2v v){
     
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);

                o.uv = v.texcoord;
                o.uv.x = 1 - o.uv.x;//翻转坐标得到镜像采样数据

                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{
     
                return tex2D(_MainTex,i.uv);
            }

            ENDCG
        }
    }
    FallBack off
}

玻璃效果（采用GrabPass）
我个人觉得这个方式稍稍复杂一点。
当我们在Shader中定义了一个GrabPass之后，Unity会把当前屏幕的图像绘制在一张纹理之中，以便我们在后续的Pass中访问它。
还需要注意的是我们要正确的设置物体的渲染队列。尽管代码中可能不包括混合指令，但是我们仍然需要把渲染队列设置成透明队列。这样才可以保证在渲染该物体的时候，所有的不透明物体都已经被绘制在了屏幕上，从而获取正确的屏幕图像。

玻璃材质原理如下：

首先使用一张法线纹理来修改模型的法线信息（这一步其实可以忽略）
然后通过之前的反射方法，通过一个Cubemap来模拟玻璃的反射。
而在模拟折射的时候，则使用了GrabPass来获取玻璃后面的屏幕图像，并且使用切线空间下的法线对屏幕纹理偏移后，再对屏幕图像进行采样来模拟近似的折射效果。
效果图：

Shader代码：

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Unlit/GlassRefraction"
{
     
    Properties {
     
		_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {
     }
		_BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {
     }
		_Cubemap ("Environment Cubemap", Cube) = "_Skybox" {
     }
		_Distortion ("Distortion", Range(0, 100)) = 10
		_RefractAmount ("Refract Amount", Range(0.0, 1.0)) = 1.0
	}
	SubShader {
     
		// We must be transparent, so other objects are drawn before this one.
		Tags {
      "Queue"="Transparent" "RenderType"="Opaque" }
		
		// This pass grabs the screen behind the object into a texture.
		// We can access the result in the next pass as _RefractionTex
		GrabPass {
      "_RefractionTex" }
		
		Pass {
     		
			CGPROGRAM
			
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			
			#include "UnityCG.cginc"
			
			sampler2D _MainTex;
			float4 _MainTex_ST;
			sampler2D _BumpMap;
			float4 _BumpMap_ST;
			samplerCUBE _Cubemap;
			float _Distortion;
			fixed _RefractAmount;
			sampler2D _RefractionTex;
			float4 _RefractionTex_TexelSize;
			
			struct a2v {
     
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
				float4 tangent : TANGENT; 
				float2 texcoord: TEXCOORD0;
			};
			
			struct v2f {
     
				float4 pos : SV_POSITION;
				float4 scrPos : TEXCOORD0;
				float4 uv : TEXCOORD1;
				float4 TtoW0 : TEXCOORD2;  
			    float4 TtoW1 : TEXCOORD3;  
			    float4 TtoW2 : TEXCOORD4; 
			};
			
			v2f vert (a2v v) {
     
				v2f o;
				o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
				
				o.scrPos = ComputeGrabScreenPos(o.pos);
				
				o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BumpMap);
				
				float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;  
				fixed3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);  
				fixed3 worldTangent = UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);  
				fixed3 worldBinormal = cross(worldNormal, worldTangent) * v.tangent.w; 
				
				o.TtoW0 = float4(worldTangent.x, worldBinormal.x, worldNormal.x, worldPos.x);  
				o.TtoW1 = float4(worldTangent.y, worldBinormal.y, worldNormal.y, worldPos.y);  
				o.TtoW2 = float4(worldTangent.z, worldBinormal.z, worldNormal.z, worldPos.z);  
				
				return o;
			}
			
			fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
     		
				float3 worldPos = float3(i.TtoW0.w, i.TtoW1.w, i.TtoW2.w);
				fixed3 worldViewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));
				
				// Get the normal in tangent space
				fixed3 bump = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uv.zw));	
				
				// Compute the offset in tangent space
				float2 offset = bump.xy * _Distortion * _RefractionTex_TexelSize.xy;
				i.scrPos.xy = offset * i.scrPos.z + i.scrPos.xy;
				fixed3 refrCol = tex2D(_RefractionTex, i.scrPos.xy/i.scrPos.w).rgb;
				
				// Convert the normal to world space
				bump = normalize(half3(dot(i.TtoW0.xyz, bump), dot(i.TtoW1.xyz, bump), dot(i.TtoW2.xyz, bump)));
				fixed3 reflDir = reflect(-worldViewDir, bump);
				fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv.xy);
				fixed3 reflCol = texCUBE(_Cubemap, reflDir).rgb * texColor.rgb;
				
				fixed3 finalColor = reflCol * (1 - _RefractAmount) + refrCol * _RefractAmount;
				
				return fixed4(finalColor, 1);
			}
			
			ENDCG
		}
	}
	
	FallBack "Diffuse"
}