unity urp 13 广告牌算法

Doris232 · 发表于 2022-6-24 12:05

一、思路

广告牌的效果就是让物体的正面总是面对摄像机，能随着视角的变化而变化。
广告牌算法的本质就是构建一个旋转矩阵对物体进行顶点坐标变换。已知每个物体都有Object Space对应的基向量：表面法线(z)、向上(y)和向右方向(x)，假设经过广告牌算法的变换矩阵的变换后，每个物体所在空间对应的基向量为z&#39;,y&#39;,x&#39;，之后又要分为两种情况：

例如再模拟草丛时，y&#39;的方向永远是(0,1,0)，z&#39;会随着视角变换。
例如在模拟粒子效果时，y&#39;的方向会发生变化，z&#39;的方向则永远指向相机。

实现方法主要有三种：
1.z&#39;指向相机,y&#39;与相机y轴方向相同
2.z&#39;指向相机，x&#39;与原本的y方向垂直
如下图所示，z&#39;只要知道相机位置即可求出（相机位置减原点），x&#39;同时垂直于y和z&#39;，有cross(y,z&#39;)即可求得。
最后再由cross(x&#39;,z&#39;)可以求得y&#39;。

但要注意的是，因为第一步需要叉乘z&#39;和y，如果此时z&#39;和y几乎重合，那么求得x&#39;可以是一个平面上的任意一个向量，即失去了一个自由度。所以这时候需要分情况讨论。

此时可以当作y&#39;为(0,0,1)，然后将z&#39;和y&#39;叉乘即可求得x&#39;
float3 newX = abs(newZ.y)<0.99?cross(float3(0,1,0),newZ):cross(newZ,float3(0,0,1));3.z&#39;指向相机，但是z&#39;.y锁定为0，y&#39;方向为(0,1,0)
和第二种的过程一样，只是这里直接令z&#39;的y分量即z&#39;.y为0就可以了。

最后就是矩阵变换了，代码中的矩阵变化如下所示，最后能得到某一坐标在三个基变量上的投影，然后相加，即可得到最终的坐标。

二、代码

Shader &#34;Unlit/15_BillBoard&#34;
{
Properties
{
      _MainTex (&#34;Texture&#34;, 2D) = &#34;white&#34; {}
}
SubShader
{
      Tags { &#34;RenderType&#34;=&#34;Opaque&#34; }

      HLSLINCLUDE
      #include&#34;Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl&#34;
      #include&#34;Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl&#34;
      struct Attributes
      {
         float3 positionOS: POSITION;
         half3 normalOS: NORMAL;
         half4 tangentOS: TANGENT;
         float2 texcoord: TEXCOORD0;
      };

      struct Varyings
      {
         float2 uv: TEXCOORD0;
         float3 positionWS: TEXCOORD1;
         half3 normalWS: TEXCOORD2;
         half3 tangentWS: TEXCOORD3;
         half3 bitangentWS: TEXCOORD4;
         float4 positionCS: SV_POSITION;
      };

      CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
      float4 _MainTex_ST;
      CBUFFER_END
      sampler2D _MainTex;

      ENDHLSL

      Pass
      {
         Tags
         {
            &#34;LightMode&#34;=&#34;UniversalForward&#34;
         }
         HLSLPROGRAM
         #pragma vertex vert
         #pragma fragment frag

         Varyings vert (Attributes input)
         {
            Varyings output;
            VertexPositionInputs vertexInput = GetVertexPositionInputs(input.positionOS);
            VertexNormalInputs vertexNormalInputs = GetVertexNormalInputs(input.normalOS, input.tangentOS);
            output.positionCS = vertexInput.positionCS;
            output.positionWS = vertexInput.positionWS;
            output.normalWS = vertexNormalInputs.normalWS;
            output.tangentWS = vertexNormalInputs.tangentWS;
            output.bitangentWS = vertexNormalInputs.bitangentWS;
            output.uv = TRANSFORM_TEX(input.texcoord, _MainTex);

            //获取模型空间下的相机坐标
            float3 newZ = TransformWorldToObject(GetCameraPositionWS());
            //normalize作为模型空间下的z轴方向
            newZ = -normalize(newZ);
            //newZ.y = 0;
            float3 newX = abs(newZ.y)<0.99?cross(float3(0,1,0),newZ):cross(newZ,float3(0,0,1));
            newX = normalize(newX);
            float3 newY = cross(newZ, newX);
            newY = normalize(newY);

            float3x3 toBillBoard = {newX, newY, newZ};
            toBillBoard = transpose(toBillBoard);
            float3 newPos = mul(toBillBoard, input.positionOS);
            output.positionCS = TransformObjectToHClip(float4(newPos,1));

            return output;
         }

         half4 frag (Varyings input) : SV_Target
         {
            Light mainLight = GetMainLight();

            half4 col = tex2D(_MainTex, input.uv);

            return col;
         }
         ENDHLSL
      }
}
}三、结果

四、参考

HansenChen：UnityShaderBillBoard(公告牌)原理和实现
urp管线的自学hlsl之路第十四篇  广告牌算法

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