简单溶解效果ASE实现

RhinoFreak · 发表于 2021-12-16 13:18

简单溶解效果ASE实现

提要：使用溶解纹理制作透明度遮罩，并使用One Minus节点实现遮罩翻转和叠加；最终使用世界位置坐标修正遮罩，实现方向渐次溶解。

着色器部分
编写准备
- Unity安装
- ASE插件安装
- 工程文件创建
着色器设置
Albedo&Normal（反射和法线部分）
Opacity & Opacity Mask（透明度遮罩和渐变部分）
- Opacity（透明度原始遮罩）
- Opacity Mask（透明度渐变遮罩）

Emission（自发光部分）
- 溶解自发光

<hr/>着色器部分

着色器部分包括了主要的透明度遮罩和渐变效果。这里主要使用ASE实现，重在讲解思路，降低学习成本。
编写准备

开始正式编写之前，我们需要首先完成基本开发环境的部署。无需从头开始的小伙伴可以直接越过这部分内容，从工程文件创建开始浏览。
Unity安装

从Unity官方网站上下载Unity Hub并按照自己需求安装一个版本。推荐安装不低于2018的任一LTS版本，就本工程来说，社区版本也是完全足够的。
具体步骤较为简单，网络上教程也比较丰富，这里就不做进一步展开。
ASE插件安装

如前所说，我们需要安装ASE插件来创建ASE着色器，以获得图形界面支持。Unity的Asset Store里面上架了ASE插件，可以直接从里面获取。与通常Package的下载相同，点击Download并下载完成后，点击Import自动导入即可。
如果是从非Asset Store途径获取的ASE，双击ASE.unitypackage即可在安装了Unity的前提下自动导入插件。
ASE插件安装完成后会弹出ASE初始化界面，关闭即可。
工程文件创建

与创建普通着色器类似，我们依然是在Asset界面使用右键菜单创建ASE Shader，ASE插件通过编辑器脚本为我们在右键菜单中添加了额外的选项：

选择Surface来以表面着色器为模板，来创建一个ASE Shader。
创建完毕后将文件名改为ASE_Dissolve（或者是你喜欢的其他名字），我们就完成了工程的准备工作，可以开始正式编写着色器了。
着色器设置

创建着色器后，我们需要对着色器进行进一步的设置。
在着色器设置中，选择Blend Mode（渲染模式）：

首先，将Blend Mode（渲染模式）设为Masked（遮罩的）；
然后，打开Blend Mode（渲染模式）的下拉菜单：
将Render Type（渲染类型）设为Transparent Cutout（透明镂空）；
将Render Queue（渲染队列）设为Alpha Test（透明度测试）；
将Mask Clip Value（遮罩裁剪参数）设为0.5。

裁剪参数可以根据自己的需要进行调节，这里提供的仅是一个参考值。

Albedo&Normal（反射和法线部分）

对于Albedo和Normal，我们不做过多处理，简单地留出接口并输入shader即可。如果有需要，可以自行改写。

Opacity & Opacity Mask（透明度遮罩和渐变部分）

在这一部分，我们将为溶解效果制作最基本的透明度遮罩，并为其赋予基于顶点物体/世界位置的渐变。
Opacity（透明度原始遮罩）

我们首先创建一个Sampler2D（在ASE中被归入Texture Sample），用于接收输入的溶解遮罩原始图案。

然后，我们需要引入参数对其进行控制。创建一个浮点参数，命名为Dissolve Amount，取值范围设置为[0,1]。

我们使用一个Add节点将两者叠加，输出到命名为Opacity的本地变量中。

这个参数为遮罩图增加了一个统一的值，就好像潮水漫过高低起伏的山谷，随着涨潮（参数增加），整个地区（采样）的等高线开始收缩，直到所有点高度与最高点（1）齐平；而落潮（参数减少）时则逐渐由高到低露出被淹没的地形。
读者可以自行修改参数的取值范围，观察不同取值范围变化对最终输出遮罩图的影响。事实上，负值范围正好是正值的取反，参数绝对值增加时，整个采样的非0值开始向0靠拢，表现为黑色区域的扩散；反之则是收缩。
如果读者尝试过更换溶解采样纹理，会发现同样的采样范围在不同的采样纹理下，表现也不尽相同。这是由于不同纹理图的直方图分布不同，固定且斜率均匀的参数区间并不能很好的贴合所导致的。

相对理想的分布

相对集中的分布

相对离散的分布

我们当然可以每一次更换纹理图时都先打开PS查看灰阶直方图，然后再打开ASE面板花时间反复测试，调整好对应的取值范围；但出于易用性和便捷性考虑，我们将参数进行拆分，使我们能方便地对单项表现进行微调。
重新将Dissolve Amount的取值范围调整为[0,1]，我们希望将这个参数抽象为溶解程度的百分比，并尽可能符合直观印象：当参数取0时，物体应当正好完好无缺；当参数取1时，物体应当正好完全溶解。
为了达成这一目标，我们引入第二个浮点参数Power，并使用Multiply节点接收这两个参数的输入；Power将决定我们参数的斜率，从而间接控制我们的参数所覆盖的范围，以便通过对Power的调整确保参数范围正好完全覆盖纹理的灰阶直方图分布。

此外，由于我们的Opacity事实上是透明度遮罩，因此如果想要达到我们上面所提到的效果，那么我们实际上应当对获得的参数进行取反。引入One Minus节点，并对Multiply的结果进行处理。

One Minus
One Minus 节点将输入值输出为 1-输入值的结果。颜色和UV坐标常用One Minus节点进行反转操作。

值得注意的是，One Minus 节点在处理多通道值时，是逐通道执行One Minus操作，而非整体处理。

最后，我们需要对参数进行Remap（重映射）处理，以便符合RGBA通道[0,1]的取值范围。由于我们的参数模型是一条均匀的直线，因此我们在Remap的新旧区间上不做额外处理，相当于直接截取了这条直线的[0,1]部分。将输出导入之前的Add节点即可。

Remap
重映射节点将输入值由[Min Old，Max Old]区间重映射至[Min New，Max New]。

参数在未连接输入时将可视化显示。

如果一切顺利，读者应当能通过对Power的简单调整，使Dissolve Amount能够完整输出物体从完好到完全溶解的整个过程中的透明度遮罩。

将Opacity直接连接到Shader的Opacity接口，调整Dissolve Amount，读者应当能看到整个材质从溶解开始到完全溶解的整个过程。
Opacity Mask（透明度渐变遮罩）

在Opacity部分中，我们完成了基本的透明度遮罩部分。接下来我们要为透明度遮罩增加渐变部分，以实现带方向的溶解效果。
前面我们将透明度纹理图比喻为潮水面前的山丘，我们这里的工作则是为这个山丘叠加一个额外的高度，使溶解效果能够以特定的方向渐变。

首先，注册一个新的本地变量，并命名为Opacity Mask。
然后，我们引入World Position节点，并使用Remap节点将位置信息处理为符合纹理参数要求的值，并将输出的值与前面得到的Opacity相加，输出到Opacity Mask。

值得注意的是，这里取y值是为了直观地表现渐变叠加位置信息后出现的方向性渐变，而非唯一选择。读者可自行尝试切换为取X、Z值，观察遮罩的变化。同样地，将World Position改为Vertex Position也会改变遮罩最终的表现，使位置信息变化基于顶点坐标而不是纹理坐标。

将输出赋值给我们注册的本地变量Opacity Mask，并改为使用该变量的值输出到Opacity接口。
如果一切顺利，我们应该能看到溶解效果基于世界坐标发生渐变。
接下来，我们依样画葫芦，实现基于世界坐标的反向、双向溶解，并实现基于参数控制的方向切换。这里给出关键思路和最终结果，读者可以自行尝试思考如何实现。

提示：使用Compare节点的组合实现分歧条件，使用参数作为判断依据。

Emission（自发光部分）

在这一部分，我们将在我们前面得到的Opacity Mask（透明度遮罩）基础上制作自发光效果。
溶解自发光

绘制自发光遮罩的过程其实与地图等高线的绘制类似，我们使用衰减速率，遮罩透明极大、极小值来描述自发光遮罩的状态。
我们首先获取之前的Opacity Mask（透明度遮罩），并对其进行Remap（重映射）和Clamp（夹紧）处理。

Clamp
Clamp节点对输入值进行夹紧处理。

若输入值为矢量则对其各分量依次进行夹紧处理。

若各输入端口分量(通道)数不一致,则进行强制匹配转换以匹配分量最多的端口。

端口	描述	类型
Input	待处理输入值。当Alpha=0时，Input值将被完全输出	Float
Min	小于该值的所有输入值都将输出该值	Float
Max	大于该值的所有输入值都将输出该值	Float

这里Remap节点决定了Opacity Mask在用于Emission时的变形程度。
相对更窄的新区间会让Opacity Mask的灰阶更加陡峭，反之则更加平缓；
区间之间的位移则控制Opacity Mask整体的灰阶分布情况。

新旧区间可以根据工程的实际需要进行调整，这里由于我没有相关需求，故不做任何额外处理，原样输出。
接下来，为了更加多样的遮罩梯度变化，我们引入一张额外的纹理指导我们的自发光遮罩。
使用One Minus节点对遮罩进行取反，作为UV信息输入到Sampler2D之中，再与取反纹理进行叠加，使得遮罩的整体过渡更加平滑自然。

如果一切顺利，我们应该能够得到如上的输出。通过将输出赋值给Emission变量，我们就能将制作好的遮罩传输给Emission接口。
完成后，我们应该就能得到最终的效果。

读者同样可以尝试切换Dissolve Guide纹理，观察效果的改变。

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