Unity3D游戏开发之在3D场景中选择物体并显示轮廓效果强化版

    在上一篇文章中，我们通过自定义着色器实现了一个简单的在3D游戏中选取、显示物体轮廓的实例。在文章最后，给大家留下了一个问题，就是我们的这种方法存在一定的问题，无法运用到复杂的模型上。原因是什么呢？这要从这种方法的原理上来说，其实这种方法类似于摄像机的视角方向上对物体进行了一个投影。这样的话，如果模型被其它物体遮挡的话，就会出现渲染不完全的问题，如图所示，有一位朋友在评论中提出了这个问题。那么，怎么解决这个问题呢？对于遮挡的问题，我们一般采取的方法是拉近摄像机，因此，我们这里依然采取这种方法，即如果被渲染的物体前面有遮挡物体，则将摄像机拉近，这样就可以解决这个问题了。

       那么解决了上一篇文章中的问题后，我们就来开始学习今天的内容――《Unity3D游戏开发复杂模型的选取与轮廓高亮显示》。首先，我们今天的内容是基于边缘光(RimLight)的方法来实现的，在Unity3D的官方示例中，我们可以找到这个算法，其核心算法是：

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half rim = 1.0 - saturate(dot (normalize(IN.viewDir), IN.worldNormal));
o.Emission = _RimColor.rgb * pow (rim, _RimPower);

其中，IN.viewDir是当前视角向量，IN.worldNormal是物体的法线。dot是计算视角和法线的点积，等于视角和法线夹角的cos值，如下图：

       由于Cos的值域是1到0，所以1-cos就成了0到1，在夹角90度时达到最大值，正好用来模拟侧光的强度(与视角成90度的部分光线最强，就是边缘光了)，把这个值的变化率用一个pow函数（rim的_rimPower次方）进行放大，就能强化边缘发亮的效果。但是当物体表面比较平直时(例如立方体)，由于各个面上的法向量都是一个方向上的，因此无法体现出变化和轮廓。此外，这种方法在描绘凹的几何体时，凹的部分（包括法线贴图造成的凹凸）的边缘也都会被画出来，并不是真正意义上的边缘轮廓，就是一种侧光效果。如果大家想了解更多的内容，可以参考这里：http://game.ceeger.com/forum/read.php?tid=3592。好了，下面我们开始具体地来讲通过这种方法来实现物体轮廓高光显示。首先编写Shader：

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Shader "Custom/Outline" {
Properties {
    _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1)
    _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
    _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 1)) = 1
    _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "black" {}
    _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {}
    //边缘光颜色
    _RimColor ("Rim Color", Color) = (0,0,0,0.0)
    //放大倍数
    _RimPower ("Rim Power", Range(0.5,8.0)) = 2.0
}
SubShader {
    Tags { "RenderType"="Opaque" }
    LOD 400

CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhong
#pragma target 3.0

sampler2D _MainTex;
sampler2D _BumpMap;
fixed4 _Color;
half _Shininess;
float4 _RimColor;
float _RimPower;

struct Input {
    float2 uv_MainTex;
    float2 uv_BumpMap;
    float3 viewDir;
};

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {

    fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
    o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;
    o.Gloss = tex.a;
    o.Alpha = tex.a * _Color.a;
    o.Specular = _Shininess;
    o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
    //核心算法
    half rim = 1 - saturate(dot (normalize(IN.viewDir), o.Normal));
    o.Emission = _RimColor.rgb * pow (rim, _RimPower);
}
ENDCG

}

FallBack "Specular"
}

      在这个着色器脚本中，最重要的一个属性是_RimColor，这个值将决定我们最终渲染的效果。在上一篇文章中，我们是通过一个使用了自定义着色器的材质来实现轮廓显示的，今天我们换一种方法，怎么做呢？我们这里通过Shader来实现，在Material中有一个Shader属性，一旦改变了该属性的值，那么所有材质都将按照新的渲染方式进行渲染。我们在上一篇文章中的脚本的基础上，扩展得到下面的脚本：

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using UnityEngine;
using System.Collections;

public class ShowBoundry : MonoBehaviour {

    //使用显示轮廓的简单材质
    public Material mSimpleMat;
    //默认材质
    public Material mDefaultMat;

    //我们今天使用Shader来直接改变模型的渲染效果，这样可以避免使用一个材质
    public Shader RimLightShader;
    public Color RimColor = new Color(0.2F,0.8F,10.6F,1);
    //定义私有变量以存储模型的原始信息
    private SkinnedMeshRenderer mSkin;
    private Color mColor;
    private Shader mShader;

    void Start ()
    {
        //获取模型的SkinnedMeshRenderer
        mSkin=GameObject.Find("Person").
            GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>();
        //获取默认颜色
        mColor=mSkin.material.color;
        //获取默认Shader
        mShader=mSkin.material.shader;

    }

    void Update ()
    {
       //获取鼠标位置
       Vector3 mPos=Input.mousePosition;
       //向物体发射射线
       Ray mRay=Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
       RaycastHit mHit;
       //射线检验
       if(Physics.Raycast(mRay,out mHit))
       {
          //Cube
          if(mHit.collider.gameObject.tag=="Cube")
          {
             //将当前选中的对象材质换成带轮廓线的材质
             mHit.collider.gameObject.renderer.material=mSimpleMat;
             //将未选中的对象材质换成默认材质
             GameObject.Find("Sphere").renderer.material=mDefaultMat;
             //将模型恢复到初始状态
             mSkin.material.shader=mShader;
             mSkin.material.SetColor("_RimColor",mColor);
             //设置提示信息
             GameObject.Find("GUIText").guiText.text="当前选择的对象是:Cube";
          }
          //Sphere
          if(mHit.collider.gameObject.tag=="Sphere")
          {
             //将当前选中的对象材质换成带轮廓线的材质
             mHit.collider.gameObject.renderer.material=mSimpleMat;
             //将未选中的对象材质换成默认材质
             GameObject.Find("Cube").renderer.material=mDefaultMat;
             //将模型恢复到初始状态
             mSkin.material.shader=mShader;
             mSkin.material.SetColor("_RimColor",mColor);
             //设置提示信息
             GameObject.Find("GUIText").guiText.text="当前选择的对象是:Sphere";
          }
          //Person
          if(mHit.collider.gameObject.tag=="Person")
          {
             //更换Shader
             mSkin.material.shader=RimLightShader;
             mSkin.material.SetColor("_RimColor",RimColor);
             //将未选中的对象材质换成默认材质
             GameObject.Find("Cube").renderer.material=mDefaultMat;
             GameObject.Find("Sphere").renderer.material=mDefaultMat;
             //设置提示信息
             GameObject.Find("GUIText").guiText.text="当前选择的对象是:Person";
          }
       }

    }
}

       在今天的脚本中，我们增加了一个RimLightShader和RimColor，它们的作用是指定着色器和边缘光的颜色，我们可以通过外部来引用我们刚才定义好的自定义Shader，同时，为了保存模型的原始状态，我们定义了两个私有变量mShader和mColor，以便我们可以在适当的时候将模型的状态还原到原始状态。好了，我们来运行下今天的程序，效果如下：

       可以注意到，当角色被选中时，角色以高亮显示的形式被渲染出来，这里使用的是金***的边缘光，所以得到了这样的结果。感觉效果还不错啊。在做今天的内容的时候，经常出现着色器无效的情况，后来发现是着色器定义的名称和文件名称不符的缘故，所以大家在编写着色器的时候一定要注意啊。

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