菜鸡shader:L6 人物材质基础模型以及三种透明特效AC、AB和AD

news2024/11/22 16:33:47

文章目录

  • 人物材质基础模型
    • unity练练看实现
    • 代码实现
    • 最后效果
  • 透明特效
    • AC
      • 效果展示
    • AB
      • 效果展示
    • AD
      • 效果展示
    • 自定义混合模式
      • 效果展示

人物材质基础模型

在这里插入图片描述

  • 这里是老师布置的作业，要求把之前学过的所有模型都组合起来，组成一个基本的人物材质模型。
  • 这里在上作业课的时候，老师是用了好几张贴图，我这边没用，美术方面的能力还不够（可恶啊！） 后面还是得找些教程再深入学习一下美术方面的东西，至少画贴图这方面得学会。

unity练练看实现

下面放一下unity的连连看吧：
首先是法线贴图的处理，他要作为后续的法线使用：
在这里插入图片描述

然后是光源部分漫反射和镜面反射部分，需要加上投影部分：
在这里插入图片描述

  • 这里需要解释一下，其实环境光是不会有光照衰减一说的，我们用shader forge练练看出来的材质看起来是有阴影的，应该是因为shader forge生成的代码写了两个pass，一个pass是我们的材质实现，另一个pass就是单纯为了实现模型的阴影。
  • 看了12课，说好像是因为在第二个pass中加了fallback，并且目前也只有双pass的做法才能给直接光照射的物体加上投影。
    在这里插入图片描述

然后是环境光的漫反射部分，也就是三色环境光模型：
在这里插入图片描述
然后是环境光的镜面反射部分，也就是之前学的cubemap部分，需要加上fresnel部分：
在这里插入图片描述

最后是光照和环境两个部分的连连看处理：
在这里插入图片描述

代码实现

自己实现的代码：

Shader "shader forge/L10_OldSchoolWithCubemap"
{
    Properties
    {
        //_MainTex ("Base Texture", 2D) = "white" {}
        [Header(Texture)]
        _AO_Tex ("AO_Tex", 2D) = "white" {}
        _normal ("normal", 2D) = "bump" {}
        _cubemap ("cubemap", Cube) = "_Skybox" {}

        [Header(Lighting)]
        _L_Lambert_Color ("L_Lambert_Color", Color) = (0.5,0.5,0.5,1)
        _L_Specular_Color ("L_Specular_Color", Color) = (0.5,0.5,0.5,1)
        _Light_Color ("Light_Color", Color) = (0.5,0.5,0.5,1)

        [Header(Diffuse)]
        _E_Lambert_UpColor ("E_Lambert_UpColor", Color) = (0.8679245,0.5444998,0.5444998,1)
        _E_Lambert_DownColor ("E_Lambert_DownColor", Color) = (0.4400143,0.6626909,0.9056604,1)
        _E_Lambert_MidColor ("E_Lambert_MidColor", Color) = (0.4800081,0.8962264,0.4016109,1)

        [Header(Specular)]
        _mipmap_level ("mipmap_level", Range(0, 7)) = 0
        _fresnel_exp ("fresnel_exp", Range(0, 90)) = 0.6956522
        _Env_SpecInt ("Env_SpecInt", Range(0, 5)) = 0.7826087
        _Phong_Int ("Phong_Int", Range(0, 90)) = 5
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
             #include "AutoLight.cginc"
            #include "Lighting.cginc"
            #pragma multi_compile_fwdbase_fullshadows
            #pragma target 3.0

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv0 : TEXCOORD0;
                float3 normal : NORMAL;
                float4 tangent : TANGENT;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv0 : TEXCOORD0;                
                float4 pos : SV_POSITION;
                float4 posWorld : TEXCOORD1;
                float3 nDirWS : TEXCOORD2;
                float3 tDirWS : TEXCOORD3;
                float3 biDirWS : TEXCOORD4;
                LIGHTING_COORDS(5,6)
            };

            //Texture
            uniform sampler2D _AO_Tex;
            uniform sampler2D _normal;
            uniform samplerCUBE _cubemap;
            //Lighting
            uniform float4 _L_Lambert_Color;
            uniform float4 _L_Specular_Color;
            uniform float4 _Light_Color;
            //Diffuse
            uniform float4 _E_Lambert_UpColor;
            uniform float4 _E_Lambert_DownColor;
            uniform float4 _E_Lambert_MidColor;
            //Specular
            uniform float _mipmap_level;
            uniform float _fresnel_exp;
            uniform float _Env_SpecInt;
            uniform float _Phong_Int;


            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv0 = v.uv0;
                o.posWorld = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
                o.nDirWS = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.tDirWS = normalize(mul(unity_ObjectToWorld,float4(v.tangent.xyz,0.0)).xyz);
                o.biDirWS = normalize(cross(o.nDirWS,o.tDirWS) * v.tangent.w);
                TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o)
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //贴图采样
                float3 nDirTS = UnpackNormal(tex2D(_normal,i.uv0)).rgb;
                float AO_R = tex2D(_AO_Tex,i.uv0);            

                //向量准备
                float3x3 TBN_Matrix = float3x3(i.tDirWS,i.biDirWS,i.nDirWS);
                float3 nDirWS_FT = normalize(mul(nDirTS, TBN_Matrix));
                float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.posWorld.xyz);
                float3 halfDir = normalize(lightDir + viewDir);
                float3 vrDir = normalize(reflect(-viewDir,nDirWS_FT));

                //中间量准备
                /*下面是光照的漫反射和镜面反射部分*/
                //diffuse
                float NoL = max(0.0,dot(lightDir,nDirWS_FT));
                float3 L_diff = NoL * _L_Lambert_Color;

                //specular
                float NoH = max(0.0,dot(nDirWS_FT,halfDir));
                float3 L_spec = pow(NoH * _L_Specular_Color,_Phong_Int);

                //光衰部分
                float attenuation = LIGHT_ATTENUATION(i);
                //UNITY_LIGHT_ATTENUATION(attenuation, i, i.posWorld.xyz);
                float3 attenColor = attenuation * _LightColor0.xyz;

                /*下面是环境光的漫反射部分，也就是三色环境光*/
                //上层光
                float upNor = clamp(nDirWS_FT.g,0.0,1.0);
                float3 upColor = upNor * _E_Lambert_UpColor;
                //下层光
                float downNor = clamp(nDirWS_FT.g * -1,0.0,1.0);
                float3 downColor = downNor * _E_Lambert_DownColor;
                //中层光
                float midNor = clamp(1 - upNor - downNor,0.0,1.0);
                float3 midColor = midNor * _E_Lambert_MidColor;

                /*下面是环境镜面反射光部分*/
                //cubemap
                float3 cubemap_Dir = vrDir;
                float3 cubemap_color = texCUBElod(_cubemap,float4(cubemap_Dir,_mipmap_level));

                //fresnel
                float NoV = max(0.0,dot(nDirWS_FT,viewDir));
                float OneMinusNoV = 1 - NoV;
                float fresnel = pow(OneMinusNoV,_fresnel_exp);

                //光照模型
                /*光照的漫反射和镜面反射*/
                float3 light_all = (L_diff + L_spec) * _Light_Color * attenColor;

                /*环境光的漫反射部分  三色环境光*/
                float3 env_diff_all = clamp(upColor + downColor + midColor,0.0,1.0);

                /*环境光的镜面反射部分  cubemap和fresnel部分*/
                float3 env_spec_all = cubemap_color * fresnel * _Env_SpecInt;

                /*环境光的漫反射和镜面反射的总和*/
                float3 env_all = clamp(env_diff_all + env_spec_all,0.0,1.0) * AO_R;

                float3 finalColor = clamp(env_all + light_all,0.0,1.0);

                //后处理

                //返回值
                return float4(finalColor,1.0);

                //return float4(0.0,1.0,0.0,1.0);
            }
            ENDCG
        }
    }
    FallBack "Diffuse"
}

最后效果

在这里插入图片描述

透明特效

在这里插入图片描述

  • AC : Alpha Test(Alpha Cutout)
  • AB : Alpha Blend
  • AD : Additive
  • 自定义混合方法：把混合方式都列在属性面板上，让使用者自己挑选并试验效果。

AC

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 透明剪切，alpha cutout，也叫做alpha test，也是AC。左边的我们看出边缘比较柔，右边的锯齿比较多，alpha blend前后是错乱的，alpha test前后是正确的，AC用途如PPT所示。
  • Alpha Test非常直接，就是判断一个片元的Alpha值是否满足我们给定的阈值，不满足条件则直接discard这个片元，不参与后续的tests。Alpha Test的结果是一个片元要么完全不透明，要么被discard以至于完全看不到。
  • 所以它的其实不算正经的透明效果，它只是把不符合条件的片元给舍弃掉，造成只显示一部分片元的效果。

代码实现：

Shader "shader forge/L13_AC"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Base Color With A", 2D) = "white" {}
        _CutOff ("CutOff",Range(0.0,1.0))  = 0.5	//透明度阈值

    }
    SubShader
    {
        Tags {
            "RenderType"="TransparentCutout" 
            "ForceNoShadowCasting" = "True"
            "IgnoreProjector" = "True"
        }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv0 : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv0 : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            uniform sampler2D _MainTex;
            uniform float4 _MainTex_ST;	//我们的贴图偏移选项
            uniform float _CutOff;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv0 = TRANSFORM_TEX(v.uv0, _MainTex);    //加上贴图偏移            
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // sample the texture
                fixed4 var_MainTex = tex2D(_MainTex, i.uv0);
                //这是我们要做的主要步骤，如果贴图的透明度不大于我们的阈值，就直接裁剪抛弃掉
                clip(var_MainTex.a - _CutOff);	
                return var_MainTex;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

效果展示

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

AB

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 与之对比的是ab，虽然是有排序问题(如图所示，是错乱的)，经常用于不考虑中间细节并且有复杂轮廓的物体使用。
  • 在特效上非常常用，作为打底。经常的一个套路，用ab打一层底，再用ad去提亮一层。

代码实现：

Shader "shader forge/L13_AB"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Base Color With A", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
    	//主要做的
        Tags {
            "Queue"="Transparent" 
            "RenderType" = "Transparent"
            "ForceNoShadowCasting" = "True"
            "IgnoreProjector" = "True"
        }

        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha		//主要做的

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv0 : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv0 : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;	//我们的贴图偏移选项

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv0 = TRANSFORM_TEX(v.uv0, _MainTex);		//加上贴图偏移
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 var_MainTex = tex2D(_MainTex, i.uv0);
                return var_MainTex;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

效果展示

在这里插入图片描述

  • 跟上面的AC对比一下会发现这个模型的边缘会更加柔和。

AD

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • AD是特效的灵魂，经常表达发光体，特效经常使用多个透明片叠加，这样每一个像素要进行好几次的计算，会造成性能的拉跨。
  • 注意防止多层透明片叠加，同时AD也可以逐渐用后处理+bloom来替代。

代码实现：

Shader "shader forge/L13_AD"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Base Color With A", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
    	//主要做的
        Tags {
            "RenderType"="Transparent" 
            "Queue" = "Transparent"
            "ForceNoShadowCasting" = "True"
            "IgnoreProjector" = "True"
        }
        
        Blend One One	//主要做的

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;	//我们的贴图偏移选项

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);	//加上贴图偏移
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // sample the texture
                fixed4 var_MainTex = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return var_MainTex;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

效果展示

在这里插入图片描述

  • 一和一叠加，直接变得更亮了。

自定义混合模式

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 这次我们要实现的上图左边的样子。

在这里插入图片描述

  • [Enum(枚举类型)]，这行定义意思是在属性面板画出下拉列表，列表中的内容就是枚举类型中的内容。
  • 在这个shader里算出来的结果，就是源src。
  • 在这个shader开始算的之前的背景，就是目标src。

代码实现：

Shader "shader forge/L13_BlendMode"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        [Enum(UnityEngine.Rendering.BlendMode)]
        _BlendSrc ("Blend source factor",int) = 0
        [Enum(UnityEngine.Rendering.BlendMode)]
        _BlendDst ("Blend destination factor",int) = 0
        [Enum(UnityEngine.Rendering.BlendOp)]
        _BlendOp ("Blend Operation", int) = 0
    }
    SubShader
    {
    	//主要做的
        Tags {
            "RenderType"="Transparent" 
            "Queue" = "Transparent"
            "ForceNoShadowCasting" = "True"
            "IgnoreProjector" = "True"
        }
        
        //下面两行是主要做的
        BlendOp [_BlendOp]
        Blend [_BlendSrc] [_BlendDst]

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;	//我们的贴图偏移选项

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);	//加上贴图偏移
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // sample the texture
                fixed4 var_MainTex = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return var_MainTex;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

效果展示

代码做出来的属性面板：
在这里插入图片描述

模型展示：

  • 算子是srcalpha和OneMinusSrcAlpha：
    在这里插入图片描述
  • 算子是One和OneMinusSrcAalpha:
    在这里插入图片描述
  • 算子是One和One：
    在这里插入图片描述

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