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小彬彬 发表于 2013-4-1 22:07

Unity3D游戏制作之如何渲染3D角色

本系列文章由 Amazonzx 编写，欢迎转载，转载请注明出处。http://blog.csdn.net/amazonzx/article/details/7935341
本文主要介绍一下如何利用Shader来渲染游戏中的3D角色，以及如何利用Unity提供的Surface Shader来书写自定义Shader。
一、       从Shader开始1、通过Assets->Create->Shader来创建一个默认的Shader，并取名“MyShader”。
2、将MyShader打开即可看见Unity默认的Shader代码 view plaincopy


[*]Shader "Custom/MyShader" {
[*]    Properties {
[*]      _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
[*]    }
[*]    SubShader {
[*]      Tags { "RenderType"="Opaque" }
[*]      LOD 200
[*]         
[*]      CGPROGRAM
[*]      #pragma surface surf Lambert
[*]
[*]      sampler2D _MainTex;
[*]
[*]      struct Input {
[*]            float2 uv_MainTex;
[*]      };
[*]
[*]      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
[*]            half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
[*]            o.Albedo = c.rgb;
[*]            o.Alpha = c.a;
[*]      }
[*]      ENDCG
[*]    }   
[*]    FallBack "Diffuse"
[*]}


3、将该Shader赋给一个角色，就可以看到该Shader所能表达出的Diffuse渲染效果。

4、接下来我们将以此默认Shader作为蓝本，编写出自定义的Shader。另外，该Shader所用到的参数，我们将在下一章节进行说明。
二、       实现多种自定义渲染效果1、BumpMap效果如果想实现Bump Map效果，可对上述的Shader做如下修改：1.1在属性Properties中加入：
view plaincopy


[*]Properties {
[*]    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
[*]    _BumpMap("Bumpmap", 2D) = "bump" {}
[*]}


1.2在SubShader的变量中也进行相应修改： view plaincopy


[*]sampler2D _MainTex;
[*]sampler2D _BumpMap;
[*]
[*]struct Input {
[*]    float2 uv_MainTex;
[*]    float2 uv_BumpMap;   
[*]};


1.3最后修改surf函数，加入对Normal分量的计算： view plaincopy


[*]void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
[*]<span style="white-space:pre"></span>half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
[*]    o.Albedo = c.rgb;
[*]    o.Alpha = c.a;
[*]    o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
[*]}


这样，角色的材质部分即可变为如下形式（暂定BumpMap的Shader名为“MyShader1”）：
然后，根据Base图来创建其Normal Map图，并拖入到BumpMap中即可。BumpMap的效果显示如下：说明：（1）首先是title的解释 view plaincopy


[*]Shader "Custom/MyShader1"   

这种表示表明了该Shader在编辑器中的显示位置，例如我们可在如下地方找到该Shader。

（2）其次是Properties view plaincopy


[*]Properties {
[*]    _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
[*]    _BumpMap("Bumpmap", 2D) = "bump" {}
[*]}

Properties可通过如下语义进行声明：name ("displayname", property type) = default valuel“name” 是与Shader脚本中对应的名字l“display name”是在材质视图中所显示的名字l“propertytype”是指该property的类型，一般可有如下几种类型：Range，Color，2D，Rect，Cube，Float和Vectorl“defaultvalue”是指该property的默认值这里需要注意的是，如果你在Properties中加入了新的属性，那么你需要在CGPROGRAM中的SubShader中加入同样名字的参数。
（3）接下来是“LOD”语义词的解释。这里的“LOD”主要是指Shader的LOD程度，即对于超出该范围的物体将不再通过该Shader进行渲染，具体的Shader LOD说明可以参见：http://blog.csdn.net/amazonzx/article/details/7614399
（4）我们在SubShader中还加入了 view plaincopy


[*]sampler2D _BumpMap;
[*]float2 uv_BumpMap;
[*]            

其中，_BumpMap是为了关联Properties中的_BumpMap属性。而uv_BumpMap，是为了获取BumpMap图中的uv坐标。
（5）最后，我们在surf函数中获取每个顶点的纹理信息以及法线信息，这些信息将被应用于接下来的Vertex Fragment和Pixel Fragment。 view plaincopy


[*]void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
[*]    half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
[*]    o.Albedo = c.rgb;
[*]    o.Alpha = c.a;
[*]    o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
[*]}


其中，tex2D函数可以读取纹理_MainTex中的IN.uv_MainTex坐标位置的像素颜色值。Albedo和Alpha分别获取该像素的RGB值和Alpha值，其中“Albedo”是一个漫反射参数，它表示一个表面的漫反射能力，即一个表面上出射光强与入射光强的比值。具体介绍可见：http://en.wikipedia.org/wiki/Albedo。
2、Blinn-Phong效果如果想实现Blinn-Phong效果，可对上述的Shader做如下修改：2.1在属性Properties中加入： view plaincopy


[*]_AmbientColor ("Ambient Color", Color) = (0.1, 0.1, 0.1, 1.0)
[*]_SpecularColor ("Specular Color", Color) = (0.12, 0.31, 0.47, 1.0)
[*]_Glossiness ("Gloss", Range(1.0,512.0)) = 80.0


2.2在SubShader的变量中也加入相应修改： view plaincopy


[*]fixed4 _AmbientColor;
[*]fixed4 _SpecularColor;
[*]half _Glossiness;


2.3最后修改surf函数，进行如下修改： view plaincopy


[*]fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);

这里将原有的half4替换为fixed4，这样做是为了提高渲染的性能，因为fixed的精度较之half要低，更高的精度意味着更大的计算量，而这里fixed的精度已经足够，所以使用fixed替代half4，从而来降低计算消耗，增加渲染性能。
2.4将“#pragma surface surf Lamber”改成“#pragma surfacesurf CustomBlinnPhong”，同时加入与其对应的LightingCustomBlinnPhong函数来计算顶点光照。 view plaincopy


[*]inline fixed4 LightingCustomBlinnPhong (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed3 viewDir, fixed atten)   
[*]{
[*]    fixed3 ambient = s.Albedo * _AmbientColor.rgb;
[*]
[*]    fixed NdotL = saturate(dot (s.Normal, lightDir));   
[*]    fixed3 diffuse = s.Albedo * _LightColor0.rgb * NdotL;
[*]            
[*]    fixed3 h = normalize (lightDir + viewDir);   
[*]    float nh = saturate(dot (s.Normal, h));   
[*]    float specPower = pow (nh, _Glossiness);
[*]    fixed3 specular = _LightColor0.rgb * specPower * _SpecularColor.rgb;
[*]
[*]    fixed4 c;
[*]    c.rgb = (ambient + diffuse + specular) * (atten * 2);
[*]    c.a = s.Alpha + (_LightColor0.a * _SpecularColor.a * specPower * atten);
[*]    return c;
[*]}


该函数的名称为什么不是“CustomBlinnPhong”呢？这是因为该函数虽然是由“#pragma surface surf CustomBlinnPhong”来调用，但是为了让该函数可以正常工作，我们需要在其名称前加入“Lighting”关键字，这样Unity才能识别出这是一个自定义的光照函数。
通过以上设置，角色的材质部分即可变为如下形式（暂定该Shader名为“MyShader2”）：
其显示效果如下：

3、边缘光照（Rim Light）和卡通渲染（Toon Shading）可以通过对上述Shader做以下改进，来达到这种效果：3.1在属性Properties中加入： view plaincopy


[*]_RimColor ("Rim Color", Color) = (0.12, 0.31, 0.47, 1.0)
[*]_RimPower ("Rim Power", Range(0.5, 8.0)) = 3.0
[*]_Ramp ("Shading Ramp", 2D) = "gray" {}

3.2在SubShader的变量中也加入相应修改： view plaincopy


[*]sampler2D _MainTex;
[*]sampler2D _BumpMap;
[*]sampler2D _Ramp;
[*]         
[*]fixed4 _AmbientColor;
[*]fixed4 _SpecularColor;
[*]half _Glossiness;
[*]
[*]fixed4 _RimColor;
[*]half _RimPower;
[*]
[*]struct Input {
[*]    float2 uv_MainTex;
[*]    float2 uv_BumpMap;
[*]    half3 viewDir;   
[*]};

3.3修改surf函数，进行如下修改： view plaincopy


[*]void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
[*]    fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
[*]    o.Albedo = c.rgb;
[*]    o.Alpha = c.a;
[*]    o.Normal = UnpackNormal (tex2D (_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
[*]    fixed rim = 1.0 - saturate (dot (normalize(IN.viewDir), o.Normal));
[*]    o.Emission = (_RimColor.rgb * pow (rim, _RimPower));
[*]}

这里主要是用来计算边缘光照的，首先通过视线与法线的夹角来找到模型的边缘，然后再根据距离的远近来控制发射光的强度。3.4将“#pragma surface surf CustomBlinnPhong”改成“#pragma surfacesurf CustomBlinnPhong exclude_path:prepass”，同时在LightingCustomBlinnPhong函数来修改漫反射光的计算，来达到卡通渲染的效果。 view plaincopy


[*]fixed NdotL = saturate(dot (s.Normal, lightDir));   
[*]fixed diff = NdotL * 0.5 + 0.5;
[*]fixed3 ramp = tex2D (_Ramp, float2(diff, diff)).rgb;
[*]fixed diffuse = s.Albedo * LightColor0.rgb * ramp;

通过以上设置，角色的材质部分即可变为如下形式（暂定该Shader名为“MyShader3”）：

其显示效果如下：
可以看出边缘光照的效果，同时还可以看出明显的明暗变化的卡通渲染效果。
三、       小结综上所述，本文已经给出了人物的几种基本渲染方法及其Shader实现，在这里我并没有去分析每种渲染效果的原理，而仅是从实际出发，直接给出对应的简单实现方法。如果想要对光照模型进行深入理解，可以Google搜索其原理进行了解。最后，给出各种渲染方法的对比图，显示如下：

忘秋 发表于 2013-4-6 17:59

不错 不错 不错{:soso__3922851084632044791_6:}

KIDDDDDD 发表于 2013-4-24 18:08

不错 不错 不错{:soso__3922851084632044791_6:}

jerry6084 发表于 2013-5-6 05:44

膜拜中。。。。{:soso__7524161091986203637_5:}

swimming10 发表于 2013-5-6 11:45

{:5_435:}学习了

wjf563745940 发表于 2013-5-6 13:31

支持- -{:5_404:}

shangcunbao 发表于 2013-5-9 20:53

不错 不错 不错{:soso__3922851084632044791_6:}

cxbsr 发表于 2013-6-5 08:54

膜拜中。。。。{:soso__7524161091986203637_5:}

evancai 发表于 2013-6-7 15:46

不错，受教了

失落的羽翼 发表于 2013-7-13 04:16

不错 不错 不错{:soso__3922851084632044791_6:}

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