Unity3d Shader篇（十一）

Unity3d Shader篇（十一）— 遮罩纹理

news2024/9/23 1:39:58

文章目录

前言
一、什么是遮罩纹理？
- 1. 遮罩纹理工作原理
- 2. 遮罩纹理优缺点
- - - 优点：
    - 缺点：
- 3. 遮罩纹理图
二、使用步骤
- 1. Shader 属性定义
- 2. SubShader 设置
- 3. 渲染 Pass
- 4. 定义结构体和顶点着色器函数
- 5. 片元着色器函数
三、效果
四、总结

前言

在计算机图形学中，遮罩纹理是一种常用的技术，用于控制物体表面的某些属性或效果。通过使用遮罩纹理，可以实现诸如高光强度、反射率等在物体表面不同区域之间的差异化。在本篇博客中，我们将介绍如何使用Shader实现遮罩纹理效果。

一、什么是遮罩纹理？

1. 遮罩纹理工作原理

遮罩纹理的工作原理基于纹理映射的概念。在渲染过程中，每个像素的颜色都是由纹理采样和一系列计算操作得到的。而遮罩纹理作为额外的输入，会在片段着色器中被采样并应用到计算过程中。通常情况下，遮罩纹理的像素值会被映射到一个范围内，用来表示某种属性的强度或影响程度。通过调整这些范围，可以实现对物体表面不同区域的差异化控制。

2. 遮罩纹理优缺点

优点：

灵活性: 遮罩纹理可以根据需求来灵活控制物体表面的各种属性，从而实现更加细致和个性化的效果。
节省资源: 相比直接在Shader中硬编码属性的值，使用遮罩纹理可以节省内存和处理开销，尤其适用于需要频繁调整属性的情况。

缺点：

额外负担: 遮罩纹理的使用会增加额外的纹理采样和计算操作，可能会增加渲染成本，尤其是在移动设备等资源有限的环境中。
限制性: 遮罩纹理的效果受到纹理图像本身的限制，可能无法满足特定的需求，需要通过多张纹理叠加或其他技术来实现。

3. 遮罩纹理图

主图
在这里插入图片描述
法线图

遮罩图

二、使用步骤

1. Shader 属性定义

// 定义属性
Properties {
	//主纹理贴图
	_MainTex("Main Texture", 2 D) = "white" {}
	// 高光遮罩贴图
	_SpecularMask("Specular Mask", 2 D) = "white" {}
	// 高光遮罩贴图缩放系数
	_SpecularMaskScale("Specular Mask Scale", float) = 1
	// 漫反射颜色属性，默认白色
	_Diffuse("Diffuse Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
	// 高光颜色属性，默认白色
	_Specular("Specular Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
	// 高光反射系数
	_Gloss("Glossiness", Range(1, 256)) = 5
}

2. SubShader 设置

SubShader
{
    Tags
    {
        "RenderType" = "Opaque" // 渲染类型为不透明
    }
    
    LOD 100 // 细节级别
}

SubShader 定义了一组渲染设置，包括标签和细节级别。在这里，我们将渲染类型标签设置为 “Opaque”，表示物体是不透明的。

3. 渲染 Pass

Pass
{
    CGPROGRAM
    #pragma vertex vert
    #pragma fragment frag

    // 包含Unity CG库
    #include "UnityCG.cginc"
    // 包含光照CG库
    #include "Lighting.cginc"

    // 漫反射颜色属性
    fixed4 _Diffuse;
    // 高光颜色属性
    fixed4 _Specular;
    // 高光系数属性
    float _Gloss;

    // 主纹理贴图
    sampler2D _MainTex;
    float4 _MainTex_ST;

    // 高光遮罩贴图
    sampler2D _SpecularMask;
    float4 _SpecularMask_ST;
    float _SpecularMaskScale;
}

这里开始了渲染 Pass 部分。在这里，我们使用了 CGPROGRAM 指令来声明顶点着色器和片元着色器函数。#pragma vertex vert 和 #pragma fragment frag 分别指定了顶点着色器函数和片元着色器函数的名称。

然后，我们包含了 UnityCG.cginc 和 Lighting.cginc，它们提供了许多有用的函数和宏，用于简化编写 Shader。

4. 定义结构体和顶点着色器函数

// 定义结构体：从顶点到片段的数据传递
struct v2f
{
    float4 vertex : SV_POSITION; // 顶点位置
    float4 uv : TEXCOORD0; // 纹理坐标
    float2 maskUv : TEXCOORD1; // 高光遮罩纹理坐标
};

// 顶点着色器函数
v2f vert(appdata_tan v)
{
    v2f o;
    o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // 顶点位置变换到裁剪空间

    // 让外面的属性可以影响到uv
    o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
    o.maskUv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _SpecularMask);

    return o;
}

顶点着色器函数负责将顶点的位置和纹理坐标传递给片元着色器函数。在这里，我们还将高光遮罩纹理的坐标传递给片元着色器函数。

5. 片元着色器函数

// 片元着色器函数
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
    // 纹理采样
    fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv.xy).rgb;

    // 漫反射
    fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * _Diffuse.rgb;

    // 高光遮罩采样
    float specularMask = tex2D(_SpecularMask, i.maskUv).r * _SpecularMaskScale;

    // 高光反射
    fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, specularMask), _Gloss);

    // 最终颜色
    fixed3 color = diffuse + specular;
    return fixed4(color, 1); // 输出颜色
}