专业排名 发表于 2024-7-15 18:00

《Unity Shader 入门精要》从Bulit-in 到URP (HLSL)Chapter15.2-水波效果

前言:

已经进入“高级篇”啦,但愿大师多多撑持,多多存眷,这将对我发生非常愉悦的正反馈~

“《Unity Shader 入门精要》从Bulit-in 到URP”是一个辅佐Unity Shader学习者以冯乐乐女神《Unity Shader 入门精要》为基础学习用HLSL语言编写URP着色器的案例教学系列。

作者自学能力有限,抛砖引玉,如有建议和问题请各位大佬和同仁交流斧正。
Bulit-in版:

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader ”Unity Shaders Book/Chapter 15/Water Wave” {
        Properties {
                _Color (”Main Color”, Color) = (0, 0.15, 0.115, 1)
                _MainTex (”Base (RGB)”, 2D) = ”white” {}
                _WaveMap (”Wave Map”, 2D) = ”bump” {}
                _Cubemap (”Environment Cubemap”, Cube) = ”_Skybox” {}
                _WaveXSpeed (”Wave Horizontal Speed”, Range(-0.1, 0.1)) = 0.01
                _WaveYSpeed (”Wave Vertical Speed”, Range(-0.1, 0.1)) = 0.01
                _Distortion (”Distortion”, Range(0, 100)) = 10
        }
        SubShader {
                // We must be transparent, so other objects are drawn before this one.
                Tags { ”Queue”=”Transparent” ”RenderType”=”Opaque” }
               
                // This pass grabs the screen behind the object into a texture.
                // We can access the result in the next pass as _RefractionTex
                GrabPass { ”_RefractionTex” }
               
                Pass {
                        Tags { ”LightMode”=”ForwardBase” }
                       
                        CGPROGRAM
                       
                        #include ”UnityCG.cginc”
                        #include ”Lighting.cginc”
                       
                        #pragma multi_compile_fwdbase
                       
                        #pragma vertex vert
                        #pragma fragment frag
                       
                        fixed4 _Color;
                        sampler2D _MainTex;
                        float4 _MainTex_ST;
                        sampler2D _WaveMap;
                        float4 _WaveMap_ST;
                        samplerCUBE _Cubemap;
                        fixed _WaveXSpeed;
                        fixed _WaveYSpeed;
                        float _Distortion;       
                        sampler2D _RefractionTex;
                        float4 _RefractionTex_TexelSize;
                       
                        struct a2v {
                                float4 vertex : POSITION;
                                float3 normal : NORMAL;
                                float4 tangent : TANGENT;
                                float4 texcoord : TEXCOORD0;
                        };
                       
                        struct v2f {
                                float4 pos : SV_POSITION;
                                float4 scrPos : TEXCOORD0;
                                float4 uv : TEXCOORD1;
                                float4 TtoW0 : TEXCOORD2;
                                float4 TtoW1 : TEXCOORD3;
                                float4 TtoW2 : TEXCOORD4;
                        };
                       
                        v2f vert(a2v v) {
                                v2f o;
                                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                               
                                o.scrPos = ComputeGrabScreenPos(o.pos);
                               
                                o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
                                o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _WaveMap);
                               
                                float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                                fixed3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                                fixed3 worldTangent = UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);
                                fixed3 worldBinormal = cross(worldNormal, worldTangent) * v.tangent.w;
                               
                                o.TtoW0 = float4(worldTangent.x, worldBinormal.x, worldNormal.x, worldPos.x);
                                o.TtoW1 = float4(worldTangent.y, worldBinormal.y, worldNormal.y, worldPos.y);
                                o.TtoW2 = float4(worldTangent.z, worldBinormal.z, worldNormal.z, worldPos.z);
                               
                                return o;
                        }
                       
                        fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
                                float3 worldPos = float3(i.TtoW0.w, i.TtoW1.w, i.TtoW2.w);
                                fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));
                                float2 speed = _Time.y * float2(_WaveXSpeed, _WaveYSpeed);
                               
                                // Get the normal in tangent space
                                fixed3 bump1 = UnpackNormal(tex2D(_WaveMap, i.uv.zw + speed)).rgb;
                                fixed3 bump2 = UnpackNormal(tex2D(_WaveMap, i.uv.zw - speed)).rgb;
                                fixed3 bump = normalize(bump1 + bump2);
                               
                                // Compute the offset in tangent space
                                float2 offset = bump.xy * _Distortion * _RefractionTex_TexelSize.xy;
                                i.scrPos.xy = offset * i.scrPos.z + i.scrPos.xy;
                                fixed3 refrCol = tex2D( _RefractionTex, i.scrPos.xy/i.scrPos.w).rgb;
                               
                                // Convert the normal to world space
                                bump = normalize(half3(dot(i.TtoW0.xyz, bump), dot(i.TtoW1.xyz, bump), dot(i.TtoW2.xyz, bump)));
                                fixed4 texColor = tex2D(_MainTex, i.uv.xy + speed);
                                fixed3 reflDir = reflect(-viewDir, bump);
                                fixed3 reflCol = texCUBE(_Cubemap, reflDir).rgb * texColor.rgb * _Color.rgb;
                               
                                fixed fresnel = pow(1 - saturate(dot(viewDir, bump)), 4);
                                fixed3 finalColor = reflCol * fresnel + refrCol * (1 - fresnel);
                               
                                return fixed4(finalColor, 1);
                        }
                       
                        ENDCG
                }
        }
        // Do not cast shadow
        FallBack Off
}

URP版:

Unity项目源码:
注意:在URP中GrabPass { ”_RefractionTex” }被打消,我们需要使用unity自带的屏幕空间Opaque贴图,即“_CameraOpaqueTexture”,只需在URP Asset 的Inspector窗口打开下图选项就可以在shader中直接调用。


Shader ”Unlit/Chapter15-WaterWave”
{
    Properties {
                _Color (”Main Color”, Color) = (0, 0.15, 0.115, 1)
                _MainTex (”Base (RGB)”, 2D) = ”white” {}
                _WaveMap (”Wave Map”, 2D) = ”bump” {}
                _Cubemap (”Environment Cubemap”, Cube) = ”_Skybox” {}
                _WaveXSpeed (”Wave Horizontal Speed”, Range(-0.1, 0.1)) = 0.01
                _WaveYSpeed (”Wave Vertical Speed”, Range(-0.1, 0.1)) = 0.01
                _Distortion (”Distortion”, Range(0, 100)) = 10
        }
    SubShader {
                // We must be transparent, so other objects are drawn before this one.
                Tags {”RenderPipeline” = ”UniversalPipeline” ”Queue”=”Transparent” ”RenderType”=”Opaque” }
               
                // This pass grabs the screen behind the object into a texture.
                // We can access the result in the next pass as _RefractionTex
                //GrabPass { ”_RefractionTex” }
               
                Pass {
                        Tags { ”LightMode”=”UniversalForward” }
                       
                        HLSLPROGRAM
                       
                        #pragma vertex vert
                        #pragma fragment frag
                       
            #include ”Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl”
                  #include ”Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”

      CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
            half4 _Color;
                        float4 _MainTex_ST;
                        float4 _WaveMap_ST;
                        half _WaveXSpeed;
                        half _WaveYSpeed;
                        float _Distortion;       
                        float4 _CameraOpaqueTexture_TexelSize;
      CBUFFER_END
                       
                        TEXTURE2D(_MainTex);                SAMPLER(sampler_MainTex);
            TEXTURE2D(_WaveMap);                SAMPLER(sampler_WaveMap);
            TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture);    SAMPLER(sampler_CameraOpaqueTexture);

            TEXTURECUBE(_Cubemap);            SAMPLER(sampler_Cubemap);
                       
                        struct a2v {
                                float4 vertex : POSITION;
                                float3 normal : NORMAL;
                                float4 tangent : TANGENT;
                                float4 texcoord : TEXCOORD0;
                        };
                       
                        struct v2f {
                                float4 pos : SV_POSITION;
                                float4 scrPos : TEXCOORD0;
                                float4 uv : TEXCOORD1;
                                float4 TtoW0 : TEXCOORD2;
                                float4 TtoW1 : TEXCOORD3;
                                float4 TtoW2 : TEXCOORD4;
                        };
                       
                        v2f vert(a2v v) {
                                v2f o;
                               
                VertexPositionInputs positionInputs = GetVertexPositionInputs(v.vertex.xyz);
                o.pos = positionInputs.positionCS;
                VertexNormalInputs normalInput = GetVertexNormalInputs(v.normal, v.tangent);
               
                //o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                               
                                o.scrPos = positionInputs.positionNDC;
                               
                                o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
                                o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _WaveMap);
                               
                                o.TtoW0 = float4(normalInput.tangentWS.x, normalInput.bitangentWS.x, normalInput.normalWS.x, positionInputs.positionWS.x);
                                o.TtoW1 = float4(normalInput.tangentWS.y, normalInput.bitangentWS.y, normalInput.normalWS.y, positionInputs.positionWS.y);
                                o.TtoW2 = float4(normalInput.tangentWS.z, normalInput.bitangentWS.z, normalInput.normalWS.z, positionInputs.positionWS.z);
                               
                                return o;
                        }
                       
                        half4 frag(v2f i) : SV_Target {
                                float3 positionWS = float3(i.TtoW0.w, i.TtoW1.w, i.TtoW2.w);
                                half3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - positionWS);
                                float2 speed = _Time.y * float2(_WaveXSpeed, _WaveYSpeed);
                               
                                // Get the normal in tangent space
                                half3 bump1 = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_WaveMap, sampler_WaveMap, i.uv.zw + speed)).rgb;
                                half3 bump2 = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_WaveMap, sampler_WaveMap, i.uv.zw - speed)).rgb;
                                half3 bump = normalize(bump1 + bump2);
                               
                                // Compute the offset in tangent space
                                float2 offset = bump.xy * _Distortion * _CameraOpaqueTexture_TexelSize.xy;
                                i.scrPos.xy = offset * i.scrPos.z + i.scrPos.xy;
                                half3 refrCol = SAMPLE_TEXTURE2D( _CameraOpaqueTexture, sampler_CameraOpaqueTexture, i.scrPos.xy/i.scrPos.w).rgb;
                               
                                // Convert the normal to world space
                                bump = normalize(half3(dot(i.TtoW0.xyz, bump), dot(i.TtoW1.xyz, bump), dot(i.TtoW2.xyz, bump)));
                                half4 texColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv.xy + speed);
                                half3 reflDir = reflect(-viewDir, bump);
                                half3 reflCol = SAMPLE_TEXTURECUBE(_Cubemap, sampler_Cubemap, reflDir).rgb * texColor.rgb * _Color.rgb;
                               
                                half fresnel = pow(1 - saturate(dot(viewDir, bump)), 4);
                                half3 finalColor = reflCol * fresnel + refrCol * (1 - fresnel);
                               
                                return half4(finalColor, 1);
                        }
                       
                        ENDHLSL
                }
        }
        FallBack ”Packages/com.unity.render-pipelines.universal/FallbackError”
}
效果图:





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