Unity Shader 正确阴影的溶解效果

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：

溶解效果

所需贴图：

箱子贴图

法线贴图

噪声贴图

shader代码:

// 溶解效果 (附带正确阴影投射)
Shader "Custom/Dissolve"
{
    Properties
    {
        _BurnAmount ("Burn Amount", Range(0, 1)) = 0 // 控制消融程度
        _LineWidth ("Line Width", Range(0, 0.2)) = 0.1 // 消融时边缘的线宽
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" { }
        _BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" { }// 法线纹理
        _BurnFirstColor ("Burn First Color", Color) = (1, 0, 0, 1) // 消融边缘第一种颜色
        _BurnSecondColor ("Burn Second Color", Color) = (1, 0, 0, 1) // 消融边缘第二种颜色
        _BurnMap ("Burn Map", 2D) = "white" { }// 噪声纹理
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType" = "Opaque" "Queue" = "Geometry" }

        // Base Pass 计算平行光、环境光
        Pass
        {
            Tags { "LightMode" = "ForwardBase" }

            // 关闭剔除，正面和背面都会渲染 (因为消融会导致裸露模型内部的构造)
            Cull Off

            CGPROGRAM

            #include "Lighting.cginc"
            #include "AutoLight.cginc"

            // 编译指令，保证在pass中得到Pass中得到正确的光照变量
            #pragma multi_compile_fwdbase

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            fixed _BurnAmount;
            fixed _LineWidth;
            sampler2D _MainTex;
            sampler2D _BumpMap;
            fixed4 _BurnFirstColor;
            fixed4 _BurnSecondColor;
            sampler2D _BurnMap;

            // 纹理的缩放和偏移系数
            float4 _MainTex_ST;
            float4 _BumpMap_ST;
            float4 _BurnMap_ST;

            // 应用传递给定点着色器的数据
            struct a2v
            {
                float4 vertex: POSITION; // 语义: 顶点坐标
                float3 normal: NORMAL; // 语义: 法线
                float4 tangent: TANGENT; // 语义: 切线
                float4 texcoord: TEXCOORD0; // 语义: 纹理坐标
            };
            
            // 顶点着色器传递给片元着色器的数据
            struct v2f
            {
                float4 pos: SV_POSITION; // 语义: 裁剪空间的顶点坐标
                float2 uvMainTex: TEXCOORD0;
                float2 uvBumpMap: TEXCOORD1;
                float2 uvBurnMap: TEXCOORD2;
                float3 lightDir: TEXCOORD3;
                float3 worldPos: TEXCOORD4;
                SHADOW_COORDS(5) // 内置宏：声明一个用于对阴影纹理采样的坐标 (这个宏参数需要是下一个可用的插值寄存器的索引值，这里是5)
            };

            // 顶点着色器
            v2f vert(a2v v)
            {
                v2f o;

                // 将顶点坐标从模型空间变换到裁剪空间
                // 等价于o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);

                // 计算纹理坐标 (缩放和平移)
                // 等价于o.uv = v.texcoord * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
                o.uvMainTex = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
                o.uvBumpMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BumpMap);
                o.uvBurnMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BurnMap);

                // 内置宏：TANGENT_SPACE_ROTATION(切线空间到模型空间的变换矩阵)等价于:
                // 使用模型空间下的法线方向和切线方向叉积得到副切线方向
                // float3 binormal = cross(normalize(v.normal), normalize(v.tangent.xyz)) * v.tangent.w;
                //定义 3x3 变换矩阵 rotation，分别将切线方向、副切线方向和法线方向按行摆放组成了这个矩阵。
                // float3x3 rotation = float3x3(v.tangent.xyz, binormal, v.normal);
                TANGENT_SPACE_ROTATION;
                // 将光向量从模型空间变换到切线空间
                o.lightDir = mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex)).xyz;

                // 将观察向量从模型空间变换到切线空间
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

                // 内置宏：用于计算声明的阴影纹理坐标
                TRANSFER_SHADOW(o);

                return o;
            }

            // 片元着色器
            fixed4 frag(v2f i): SV_TARGET
            {
                fixed3 burn = tex2D(_BurnMap, i.uvBurnMap).rgb;

                // burn.r - _BurnAmount < 0 则放弃此片元不绘制
                clip(burn.r - _BurnAmount);

                fixed3 tangentLightDir = normalize(i.lightDir);
                // 若法线纹理Texture Type未设置成Normal map，
                // 要从像素映射回法线，即[0, 1]转化到[-1, 1]
                // tangentNormal.xy = (packedNormal.xy * 2 - 1) * _BumpScale;
                
                // 如果设置了Normal map类型，Unity会根据平台使用不同的压缩方法，
                // _BumpMap.rbg值不是对应的切线空间的xyz值了，要用Unity内置函数
                fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uvBumpMap));

                fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uvMainTex);

                // 获得环境光
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;

                // 计算漫反射
                // 兰伯特公式：Id = Ip * Kd * N * L
                // IP：入射光的光颜色；
                // Kd：漫反射颜色；
                // N：单位法向量；
                // L：单位光向量；
                fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(tangentLightDir, tangentNormal));

                // 使用了 smoothstep 函数来计算混合系数。当t值为1时，表明该像素位于消融的边界处；
                // 当t值为0时，表明该像素为正常的模型颜色，而中间的插值则表示需要模拟一个烧焦效果。
                fixed t = 1 - smoothstep(0, _LineWidth, burn.r - _BurnAmount);
                fixed3 burnColor = lerp(_BurnFirstColor, _BurnSecondColor, t);
                // 为了让效果更接近烧焦的痕迹，还使用 pow 函数对结果进行处理
                burnColor = pow(burnColor, 5);

                // 计算阴影值和光照衰减
                UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);

                fixed3 finalColor = lerp(ambient + diffuse * atten, burnColor, t * step(0.0001, _BurnAmount));

                return fixed4(finalColor, 1);
            }

            ENDCG

        }

        // 自定义用于投射阴影的 Pass (如果仍然使用普通的阴影 Pass，那么被剔除的区域仍然会向其他物体投射阴影，造成“穿帮”。)
        Pass
        {
            Tags { "LightMode" = "ShadowCaster" }

            CGPROGRAM

            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #pragma multi_compile_shadowcaster

            #include "UnityCG.cginc"

            fixed _BurnAmount;
            sampler2D _BurnMap;
            float4 _BurnMap_ST;

            struct v2f
            {
                V2F_SHADOW_CASTER;
                float2 uvBurnMap: TEXCOORD1;
            };

            v2f vert(appdata_base v)
            {
                v2f o;

                TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o);

                o.uvBurnMap = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BurnMap);

                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i): SV_TARGET
            {
                // 已经消融的面片，不再投影
                fixed3 burn = tex2D(_BurnMap, i.uvBurnMap).rgb;
                clip(burn.r - _BurnAmount);

                // Unity内置宏，把结果输出到深度图和阴影映射纹理中
                SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i)
            }

            ENDCG

        }
    }

    Fallback "Diffuse"
}