Unity Shader-边缘光(RimLight)效果

本文介绍了Unity中实现边缘光(RimLight)效果的原理和方法,通过法线方向与视线方向的夹角来判断物体边缘,并提供通过Mask图控制和动态RimLight效果的实现方式。同时,还整理了Unity Shader中可用的变量类型。

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简介


写了两篇简单光照模型的shader的文章,虽然Unity自带的shader就有diffuse和specular,效果还比自己写的好,然而要想学好shader,基础还是很重要的。不然到网上到处找shader,扔到项目里,能用就好,完全不看性能的话,迟早会出事的。今天不看光照模型了,物理渲染还没搞懂,所以只好先来个简单的shader玩一玩。正好最近在和某基友玩黑魂,这货一出来总是自带一个特效-边缘光。于是本人强迫症发作,决定研究一下这个怎么实现。



RimLight--边缘发光效果,是一个比较常用的效果,实现简单,在普通的光照计算后只需要两步操作,就可以实现边缘光效果。看下面一幅图,简单介绍一下RimLight的原理:

所谓RimLight边缘发光,也就是说对应我们当前视角方向,物体上位于边缘的地方额外加一个光的效果。那么,怎么判断一个点是否在物体的边缘呢?就是通过法线方向和视线方向的夹角来判断。当视线方向V与法线方向N垂直时,这个法线对应的面就与视线方向平行,说明当前这个点对于当前视角来说,就处在边缘;而视线方向与法线方向一致时,这个法线对应的面就垂直于视线方向,说明当前是直视这个面。所以,我们就可以根据dot(N,V)来获得视线方向与法线方向的余弦值,通过这个值来区分该像素是否处在边缘,进而判断是否需要增加以及增加边缘光的强弱


边缘光效果Unity下的实现


上面已经说完了边缘光效果的实现原理,下面附上完整的边缘光效果shader,基于之前介绍过的 兰伯特光照模型,增加了边缘光效果:
//边缘发光Shader
//by:puppet_master
//2016.12.11

Shader "ApcShader/RimLight"
{
	//属性
	Properties{
		_Diffuse("Diffuse", Color) = (1,1,1,1)
		_RimColor("RimColor", Color) = (1,1,1,1)
		_RimPower("RimPower", Range(0.000001, 3.0)) = 0.1
		_MainTex("Base 2D", 2D) = "white"{}
	}

	//子着色器	
	SubShader
	{
		Pass
		{
			//定义Tags
			Tags{ "RenderType" = "Opaque" }

			CGPROGRAM
			//引入头文件
			#include "Lighting.cginc"
			//定义Properties中的变量
			fixed4 _Diffuse;
			sampler2D _MainTex;
			//使用了TRANSFROM_TEX宏就需要定义XXX_ST
			float4 _MainTex_ST;
			fixed4 _RimColor;
			float _RimPower;

			//定义结构体:vertex shader阶段输出的内容
			struct v2f
			{
				float4 pos : SV_POSITION;
				float3 worldNormal : TEXCOORD0;
				float2 uv : TEXCOORD1;
				//在vertex shader中计算观察方向传递给fragment shader
				float3 worldViewDir : TEXCOORD2;
			};

			//定义顶点shader,参数直接使用appdata_base(包含position, noramal, texcoord)
			v2f vert(appdata_base v)
			{
				v2f o;
				o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
				//通过TRANSFORM_TEX宏转化纹理坐标,主要处理了Offset和Tiling的改变,默认时等同于o.uv = v.texcoord.xy;
				o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
				o.worldNormal = mul(v.normal, (float3x3)_World2Object);
				//顶点转化到世界空间
				float3 worldPos = mul(_Object2World, v.vertex).xyz;
				//可以把计算计算ViewDir的操作放在vertex shader阶段,毕竟逐顶点计算比较省
				o.worldViewDir = _WorldSpaceCameraPos.xyz - worldPos;
				return o;
			}

			//定义片元shader
			fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
			{
				
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