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
参考文章：获取深度纹理和法线纹理
参考文章：使用深度纹理，计算像素的世界坐标
效果：
左图：均匀雾效。右图：使用噪声纹理后的非均匀雾效
动态效果
噪声图
原理：
计算雾效需要的雾效系数，根据系数将雾的颜色和原始颜色进行混合后。
float3 afterFog = f * fogColor + (1 - f) * origColor;
雾效系数f有很多计算方法。在 Unity 内置的雾效实现中，支待三种雾的计算方式一线性
(Linear) 、指数 (Exponential) 以及指数的平方 (Exponential Squared) 。当给定距离z后，
f计算公式分别如下：
- 线性(Linear)：
，和分别表示受雾影响的最大距离和最小距离。
指数 (Exponential) ：
，是控制雾的浓度的参数。指数的平方 (Exponential Squared)：
，是控制雾的浓度的参数。
本文中使用线性(Linear)的公式计算雾效系数f。
ScreenPostEffectsBase基类代码：
using UnityEngine;
///
/// 屏幕后处理效果基类
///
[ExecuteInEditMode]
[RequireComponent(typeof(Camera))]
public class ScreenPostEffectsBase : MonoBehaviour
{
public Shader Shader;
public Material Material
{
get
{
return CheckAndCreateMaterial();
}
}
private Material _material;
protected void Start()
{
CheckResources();
}
///
/// 检查资源
///
protected void CheckResources()
{
if (!CheckSupport())
{
NotSupported();
}
}
///
/// 检查支持
///
///
/// 不支持
///
protected void NotSupported()
{
enabled = false;
}
///
/// 检查和创建Material
///
/// ScreenFogWithNoise派生类代码：
using UnityEngine;
///
/// 屏幕后处理-非均匀雾效果
///
public class ScreenFogWithNoise : ScreenPostEffectsBase
{
[Range(0, 3)]
public float FogDensity = 1; // 雾浓度
public Color FogColor = Color.white; // 雾颜色
public float FogStart = 0; // 雾开始的高度
public float FogEnd = 2; // 雾结束的高度
public Texture NoiseTexture;
[Range(-0.5f, 0.5f)]
public float FogXSpeed = 0.1f; // 雾X方向速度
[Range(-0.5f, 0.5f)]
public float FogYSpeed = 0.1f; // 雾Y方向速度
[Range(0.0f, 3.0f)]
public float NoiseAmount = 1.0f; // 控制雾非均匀程度，为0时则是均匀雾效
public Camera Camera
{
get
{
if (!_camera)
{
_camera = GetComponent();
}
return _camera;
}
}
public Transform CameraTrans
{
get
{
if (!_cameraTrans)
{
_cameraTrans = Camera.transform;
}
return _cameraTrans;
}
}
private Camera _camera;
private Transform _cameraTrans;
private void OnEnable()
{
// 获取摄像机深度纹理
Camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;
}
private void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
if (Material != null)
{
Matrix4x4 frustumCorners = Matrix4x4.identity;
// 获取摄像机相关参数
float fov = Camera.fieldOfView;
float near = Camera.nearClipPlane;
float aspect = Camera.aspect;
// 先计算两个向量——toTop 和 toRight，它们是起点位于近裁剪平面中心、分别指向摄像机正上方和正右方的向量
float halfHeight = near * Mathf.Tan(fov * 0.5f * Mathf.Deg2Rad);
Vector3 toRight = CameraTrans.right * halfHeight * aspect;
Vector3 toTop = CameraTrans.up * halfHeight;
// 计算摄像机近裁剪平面的四个对应的向量，不仅包含了方向信息，它们的模对应了 个点到摄像机的空间距离
Vector3 topLeft = CameraTrans.forward * near + toTop - toRight;
float scale = topLeft.magnitude / near;
topLeft.Normalize();
topLeft *= scale;
Vector3 topRight = CameraTrans.forward * near + toRight + toTop;
topRight.Normalize();
topRight *= scale;
Vector3 bottomLeft = CameraTrans.forward * near - toTop - toRight;
bottomLeft.Normalize();
bottomLeft *= scale;
Vector3 bottomRight = CameraTrans.forward * near + toRight - toTop;
bottomRight.Normalize();
bottomRight *= scale;
// 把四个方向存储到frustumCorners不同的行中，和顶点着色器中顺序保持一致
frustumCorners.SetRow(0, bottomLeft);
frustumCorners.SetRow(1, bottomRight);
frustumCorners.SetRow(2, topRight);
frustumCorners.SetRow(3, topLeft);
Material.SetMatrix("_FrustumCornersRay", frustumCorners);
Material.SetFloat("_FogDensity", FogDensity);
Material.SetColor("_FogColor", FogColor);
Material.SetFloat("_FogStart", FogStart);
Material.SetFloat("_FogEnd", FogEnd);
Material.SetTexture("_NoiseTex", NoiseTexture);
Material.SetFloat("_FogXSpeed", FogXSpeed);
Material.SetFloat("_FogYSpeed", FogYSpeed);
Material.SetFloat("_NoiseAmount", NoiseAmount);
Graphics.Blit(src, dest, Material);
}
else
{
Graphics.Blit(src, dest);
}
}
}
shader代码：
// 屏幕后处理-雾效果
Shader "Custom/FogWithNoise"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" { }
_FogDensity ("Fog Density", Float) = 1.0 // 雾浓度
_FogColor ("Fog Color", Color) = (1, 1, 1, 1) // 雾颜色
_FogStart ("Fog Start", Float) = 0.0 // 雾开始高度
_FogEnd ("Fog End", Float) = 1.0 // 雾结束高度
_NoiseTex ("Noise Texture", 2D) = "white" { }// 噪声的纹理
_FogXSpeed ("Fog X Speed", Float) = 0.1 // 噪声纹理在X方向上移动速度
_FogYSpeed ("Fog Y Speed", Float) = 0.1 // 噪声纹理在Y方向上移动速度
_NoiseAmount ("Noise Amount", Float) = 1 // 控制噪声程度，为0时，则是全局均匀雾效
}
SubShader
{
CGINCLUDE
#include "UnityCG.cginc"
float4x4 _FrustumCornersRay;
sampler2D _MainTex;
half4 _MainTex_TexelSize;
sampler2D _CameraDepthTexture; // 摄像机深度纹理
half _FogDensity;
fixed4 _FogColor;
float _FogStart;
float _FogEnd;
sampler2D _NoiseTex;
half _FogXSpeed;
half _FogYSpeed;
half _NoiseAmount;
struct v2f
{
float4 pos: SV_POSITION;
half2 uv: TEXCOORD0;
half2 uv_depth: TEXCOORD1;
float4 interpolatedRay: TEXCOORD2; // 像素向量
};
v2f vert(appdata_img v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.texcoord;
o.uv_depth = v.texcoord;
// 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)
o.uv_depth.y = 1 - o.uv_depth.y;
#endif
// 尽管这里使用了很多判断语句，但由于屏幕后处理所用的模型是一个四边形网格，
// 只包含4个顶点，因此这些操作不会对性能造成很大影响。
int index = 0;
if (v.texcoord.x < 0.5 && v.texcoord.y < 0.5)
{
index = 0;
}
else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y < 0.5)
{
index = 1;
}
else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y > 0.5)
{
index = 2;
}
else
{
index = 3;
}
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
index = 3 - index;
#endif
o.interpolatedRay = _FrustumCornersRay[index];
return o;
}
fixed4 frag(v2f i): SV_Target
{
// 使用SAMPLE_DEPTH_TEXTURE对深度纹理进行采样，再用LinearEyeDepth得到视角空间下的线性深度值
float linearDepth = LinearEyeDepth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth));
// 与interpolatedRay相乘后再和世界空间下的摄像机位置相加，得到世界空间下的位置。
float3 worldPos = _WorldSpaceCameraPos + linearDepth * i.interpolatedRay.xyz;
// 噪声程度，控制雾的非均匀程度，_NoiseAmount为0或去除这两行，则会变为均匀雾效
float2 speed = _Time.y * float2(_FogXSpeed, _FogYSpeed);
float noise = (tex2D(_NoiseTex, i.uv + speed).r - 0.5 * _NoiseAmount);
// 使用公式计算雾效系数 f = (Hend - y) / (Hend - Hstart)
float fogDensity = (_FogEnd - worldPos.y) / (_FogEnd - _FogStart);
// 使用aturate函数截取到[O, l] 范围内
fogDensity = saturate(fogDensity * _FogDensity) * (1 + noise);
// 使用该系数将雾的颜色和原始颜色进行混合后返回
fixed4 finalColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
finalColor.rgb = lerp(finalColor.rgb, _FogColor.rgb, fogDensity);
return finalColor;
}
ENDCG
Pass
{
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
ENDCG
}
}
Fallback Off
}