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《Unity Shader 入门精要》从Bulit-in 到URP （HLSL）Chapter13.3-基于深度纹理的雾效（屏幕后措置）

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发表于 2024-7-15 18:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
如安在URP中实现后措置参见：

Bulit-in版：
  1. // Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'
  3. Shader ”Unity Shaders Book/Chapter 13/Fog With Depth Texture” {
  4.         Properties {
  5.                 _MainTex (”Base (RGB)”, 2D) = ”white” {}
  6.                 _FogDensity (”Fog Density”, Float) = 1.0
  7.                 _FogColor (”Fog Color”, Color) = (1, 1, 1, 1)
  8.                 _FogStart (”Fog Start”, Float) = 0.0
  9.                 _FogEnd (”Fog End”, Float) = 1.0
  10.         }
  11.         SubShader {
  12.                 CGINCLUDE
  13.                
  14.                 #include ”UnityCG.cginc”
  15.                
  16.                 float4x4 _FrustumCornersRay;
  17.                
  18.                 sampler2D _MainTex;
  19.                 half4 _MainTex_TexelSize;
  20.                 sampler2D _CameraDepthTexture;
  21.                 half _FogDensity;
  22.                 fixed4 _FogColor;
  23.                 float _FogStart;
  24.                 float _FogEnd;
  25.                
  26.                 struct v2f {
  27.                         float4 pos : SV_POSITION;
  28.                         half2 uv : TEXCOORD0;
  29.                         half2 uv_depth : TEXCOORD1;
  30.                         float4 interpolatedRay : TEXCOORD2;
  31.                 };
  32.                
  33.                 v2f vert(appdata_img v) {
  34.                         v2f o;
  35.                         o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
  36.                        
  37.                         o.uv = v.texcoord;
  38.                         o.uv_depth = v.texcoord;
  39.                        
  40.                         #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
  41.                         if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
  42.                                 o.uv_depth.y = 1 - o.uv_depth.y;
  43.                         #endif
  44.                        
  45.                         int index = 0;
  46.                         if (v.texcoord.x < 0.5 && v.texcoord.y < 0.5) {
  47.                                 index = 0;
  48.                         } else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y < 0.5) {
  49.                                 index = 1;
  50.                         } else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y > 0.5) {
  51.                                 index = 2;
  52.                         } else {
  53.                                 index = 3;
  54.                         }
  56.                         #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
  57.                         if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
  58.                                 index = 3 - index;
  59.                         #endif
  60.                        
  61.                         o.interpolatedRay = _FrustumCornersRay[index];
  62.                                           
  63.                         return o;
  64.                 }
  65.                
  66.                 fixed4 frag(v2f i) : SV_Target {
  67.                         float linearDepth = LinearEyeDepth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth));
  68.                         float3 worldPos = _WorldSpaceCameraPos + linearDepth * i.interpolatedRay.xyz;
  69.                                                
  70.                         float fogDensity = (_FogEnd - worldPos.y) / (_FogEnd - _FogStart);
  71.                         fogDensity = saturate(fogDensity * _FogDensity);
  72.                        
  73.                         fixed4 finalColor = tex2D(_MainTex, i.uv);
  74.                         finalColor.rgb = lerp(finalColor.rgb, _FogColor.rgb, fogDensity);
  75.                        
  76.                         return finalColor;
  77.                 }
  78.                
  79.                 ENDCG
  80.                
  81.                 Pass {
  82.                         ZTest Always Cull Off ZWrite Off
  83.                                     
  84.                         CGPROGRAM  
  85.                        
  86.                         #pragma vertex vert  
  87.                         #pragma fragment frag  
  88.                           
  89.                         ENDCG  
  90.                 }
  91.         }
  92.         FallBack Off
  93. }
复制代码
URP版：

Unity项目源码：
  1. Shader ”Unlit/Chapter13-FogWithDepthTexture”
  2. {
  3.     Properties {
  4.                 _MainTex (”Base (RGB)”, 2D) = ”white” {}
  5.                 _FogDensity (”Fog Density”, Float) = 1.0
  6.                 _FogColor (”Fog Color”, Color) = (1, 1, 1, 1)
  7.                 _FogStart (”Fog Start”, Float) = 0.0
  8.                 _FogEnd (”Fog End”, Float) = 1.0
  9.         }
  10.     SubShader
  11.     {
  12.         Tags { ”RenderPipeline” = ”UniversalPipeline” }
  13.         
  14.         HLSLINCLUDE
  15.         #include ”Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl”
  16.                 #include ”Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl”
  18.         CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
  19.             float4x4 _FrustumCornersRay;
  20.                
  21.             half4 _MainTex_TexelSize;
  22.             half _FogDensity;
  23.             half4 _FogColor;
  24.             float _FogStart;
  25.             float _FogEnd;
  26.         CBUFFER_END
  28.         TEXTURE2D(_MainTex);       SAMPLER(sampler_MainTex);
  29.         TEXTURE2D(_CameraDepthTexture);       SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);
  30.         //如果在URP Asset设置下勾选 depth texture选项系统会自动生成一张以_CameraDepthTexture为名的深度图，抽时间会写一篇相关文章并把链接补充到本篇中。
  32.         struct appdata{
  33.             float4 vertex : POSITION;
  34.             float2 texcoord : TEXCOORD0;
  35.         };
  37.         struct v2f {
  38.                         float4 pos : SV_POSITION;
  39.                         half2 uv : TEXCOORD0;
  40.                         half2 uv_depth : TEXCOORD1;
  41.                         float4 interpolatedRay : TEXCOORD2;
  42.         };
  43.         v2f vert(appdata v) {
  44.                         v2f o;
  45.                        
  46.                         o.pos = TransformObjectToHClip(v.vertex);
  47.                        
  48.                         o.uv = v.texcoord;
  49.             o.uv_depth = v.texcoord;
  50.             #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
  51.                         if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
  52.                                 o.uv_depth.y = 1 - o.uv_depth.y;
  53.                         #endif
  55.             int index = 0;
  56.                         if (v.texcoord.x < 0.5 && v.texcoord.y < 0.5) {
  57.                                 index = 0;
  58.                         } else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y < 0.5) {
  59.                                 index = 1;
  60.                         } else if (v.texcoord.x > 0.5 && v.texcoord.y > 0.5) {
  61.                                 index = 2;
  62.                         } else {
  63.                                 index = 3;
  64.                         }
  66.                         #if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
  67.                         if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
  68.                                 index = 3 - index;
  69.                         #endif
  70.                        
  71.                         o.interpolatedRay = _FrustumCornersRay[index];
  72.             //尽管我们这里使用了很多判断语句，但由于屏幕后措置所用的模型是一个四边形网格，只包含4个顶点，因此这些操作不会对性能造成很大影响。
  73.                                          
  74.                         return o;
  75.                 }
  77.         half4 frag(v2f i) : SV_Target {
  78.                         float linearDepth = LinearEyeDepth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture,i.uv_depth), _ZBufferParams);
  79.             //使用LinearEyeDepth得到视角空间下的线性深度值
  80.                         float3 worldPos = _WorldSpaceCameraPos + linearDepth * i.interpolatedRay.xyz;
  81.                                                
  82.                         float fogDensity = (_FogEnd - worldPos.y) / (_FogEnd - _FogStart);
  83.                         fogDensity = saturate(fogDensity * _FogDensity);
  84.                        
  85.                         half4 finalColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
  86.                         finalColor.rgb = lerp(finalColor.rgb, _FogColor.rgb, fogDensity);
  87.                        
  88.                         return finalColor;
  89.                 }
  90.                
  91.                 ENDHLSL
  92.                
  93.                 Pass {
  94.                         ZTest Always Cull Off ZWrite Off
  95.                                     
  96.                         HLSLPROGRAM  
  97.                        
  98.                         #pragma vertex vert  
  99.                         #pragma fragment frag  
  100.                           
  101.                         ENDHLSL  
  102.                 }
  103.         }
  104.         FallBack ”Packages/com.unity.render-pipelines.universal/FallbackError”
  105. }
复制代码
URP后措置脚本

因为和上面提供的（Post-processing : RenderFeature + VolumeComponent）模板有些许差异，因此在此提供对应源码。
  1. using System;
  2. using UnityEngine;
  3. using UnityEngine.Rendering;
  4. using UnityEngine.Rendering.Universal;
  6. public class FogWithDepthTexture : ScriptableRendererFeature
  7. {
  8.     [Serializable, VolumeComponentMenu(”Ding Post-processing/13.3 FogWithDepthTexture”)]
  9.     public class CustomVolumeComponent : DingVolumeComponentBase
  10.     {
  11.         public ClampedFloatParameter FogDensity = new ClampedFloatParameter(1.0f, 0, 3.0f);
  12.         public MinFloatParameter FogStart = new MinFloatParameter(0f, 0f);
  13.         public MinFloatParameter FogEnd = new MinFloatParameter(2.0f, 0f);
  15.         public ColorParameter FogColor = new ColorParameter(Color.white, false, false, true);
  16.    
  17.         public override bool IsActive() => isRender.value;
  18.         public override bool IsTileCompatible() => false;
  20.     }
  22.     class CustomRenderPass : ScriptableRenderPass
  23.     {
  24.         
  25.         public Material material;
  26.         private Matrix4x4 frustumCorners;
  27.         //RT的滤波模式
  28.         public FilterMode filterMode {get; set;}
  29.         //当前衬着阶段的colorRT
  30.         //RenderTargetIdentifier、RenderTargetHandle都可以理解为RT，Identifier为camera提供的需要被应用的texture，Handle为被shader措置衬着过的RT
  31.         private RenderTargetIdentifier source {get; set;}
  32.         //private RenderTargetHandle destination {get; set;}
  33.         //辅助RT
  34.         private RenderTargetHandle tempTexture;
  35.         string m_ProfilerTag;
  36.         //Profiling上显示
  37.         public CustomVolumeComponent volume;
  38.         ProfilingSampler m_ProfilingSampler = new ProfilingSampler(”URPDing”);
  40.         public CustomRenderPass(RenderPassEvent renderPassEvent, Shader shader, CustomVolumeComponent volume, string tag){
  41.             //确定在哪个阶段插入衬着
  42.             this.renderPassEvent = renderPassEvent;
  43.             this.volume = volume;
  44.             if(shader == null){return;}
  45.             this.material = CoreUtils.CreateEngineMaterial(shader);
  46.             m_ProfilerTag = tag;
  47.             //初始化辅助RT的名字
  48.             tempTexture.Init(”_TempRTexture”);
  49.         }
  51.         public void Setup(RenderTargetIdentifier source){
  52.             this.source = source;
  53.             //this.destination = destination;
  54.         }
  55.         
  56.         
  57.         public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData)
  58.         {
  59.             if (!volume.IsActive()) {
  60.                 return;
  61.             }
  62.             CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get(”m_ProfilerTag”);
  63.             //using 方式可以实此刻FrameDebug上查看衬着过程
  64.             using(new ProfilingScope(cmd, m_ProfilingSampler)){
  65.                 Camera camera = renderingData.cameraData.camera;
  66.                 //获取摄像机
  67.                 Transform cameraTransform = camera.transform;
  69.                 float fov = camera.fieldOfView;
  70.                 float near = camera.nearClipPlane;
  71.                 float far = camera.farClipPlane;
  72.                 float aspect = camera.aspect;
  74.                 float halfHeight = near * Mathf.Tan(fov * 0.5f * Mathf.Deg2Rad);
  75.                 Vector3 toRight = cameraTransform.right * halfHeight * aspect;
  76.                 Vector3 toTop = cameraTransform.up * halfHeight;
  77.                 Vector3 topLeft = cameraTransform.forward * near + toTop - toRight;
  78.                 float scale = topLeft.magnitude / near;
  79.                 topLeft.Normalize();
  80.                 topLeft *= scale;
  81.                 Vector3 topRight = cameraTransform.forward * near + toRight + toTop;
  82.                 topRight.Normalize();
  83.                 topRight *= scale;
  84.                 Vector3 bottomLeft = cameraTransform.forward * near - toTop - toRight;
  85.                 bottomLeft.Normalize();
  86.                 bottomLeft *= scale;
  87.                 Vector3 bottomRight = cameraTransform.forward * near + toRight - toTop;
  88.                 bottomRight.Normalize();
  89.                 bottomRight *= scale;
  91.                 frustumCorners.SetRow(0, bottomLeft);
  92.                 frustumCorners.SetRow(1, bottomRight);
  93.                 frustumCorners.SetRow(2, topRight);
  94.                 frustumCorners.SetRow(3, topLeft);
  96.                 material.SetMatrix(”_FrustumCornersRay”, frustumCorners);
  97.                 material.SetMatrix(”_ViewProjectionInverseMatrix”, (camera.projectionMatrix * camera.worldToCameraMatrix).inverse);
  99.                 material.SetFloat(”_FogDensity”, volume.FogDensity.value);
  100.                 material.SetFloat(”_FogStart”, volume.FogStart.value);
  101.                 material.SetFloat(”_FogEnd”, volume.FogEnd.value);
  103.                 material.SetColor(”_FogColor”, volume.FogColor.value);
  104.                 //创建一张RT
  105.                 RenderTextureDescriptor cameraTextureDesc = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor;
  106.                 cameraTextureDesc.depthBufferBits = 0;
  107.                 cameraTextureDesc.msaaSamples = 1;
  108.                 //打消抗锯齿措置,抗锯齿会影响unity自动在DX与OpenGL间的坐标转换
  109.                 cmd.GetTemporaryRT(tempTexture.id, cameraTextureDesc, filterMode);
  110.                
  111.                 //将当前帧的colorRT用着色器（shader in material）衬着后输出到之前创建的贴图（辅助RT）上
  112.                 Blit(cmd, source, tempTexture.Identifier(), material, 0);
  113.                     //将措置后的辅助RT从头衬着到当前帧的colorRT上
  114.                 Blit(cmd, tempTexture.Identifier(), source);
  116.             }
  117.             //执行衬着
  118.             context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
  119.             //释放回收
  120.             CommandBufferPool.Release(cmd);
  121.         }
  124.         public override void FrameCleanup(CommandBuffer cmd){
  125.             base.FrameCleanup(cmd);
  126.             cmd.ReleaseTemporaryRT(tempTexture.id);
  127.         }
  128.     }
  130.     [System.Serializable]
  131.     public class Settings{
  132.         public RenderPassEvent Event = RenderPassEvent.AfterRenderingTransparents;
  133.         public Shader shader;
  134.     }
  136.     public Settings settings = new Settings();
  137.     CustomVolumeComponent volume;
  138.     CustomRenderPass m_ScriptablePass;
  140.    
  142.     /// <inheritdoc/>
  143.     //feature被创建时调用
  144.     public override void Create()
  145.     {
  146.         var stack = VolumeManager.instance.stack;
  147.         volume = stack.GetComponent<CustomVolumeComponent>();
  148.         if (volume == null) {
  149.             CoreUtils.Destroy(m_ScriptablePass.material);
  150.             return;
  151.         }
  152.         m_ScriptablePass = new CustomRenderPass(settings.Event, settings.shader, volume, name);
  153.     }
  155.     //每一帧城市调用
  156.     public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData)
  157.     {
  158.         var src = renderer.cameraColorTarget;
  159.         //var dest = RenderTargetHandle.CameraTarget;
  161.         if(settings.shader == null){
  162.             Debug.LogWarningFormat(”shader丢掉”,GetType().Name);
  163.             return;
  164.         }
  166.         //将当前衬着的colorRT传到Pass中
  168.         m_ScriptablePass.Setup(src);
  170.         //将Pass添加到衬着队列中
  171.         renderer.EnqueuePass(m_ScriptablePass);
  172.     }
  174.     protected override void Dispose(bool disposing)
  175.     {
  176.         base.Dispose(disposing);
  177.    
  178.     }
  179. }
复制代码
效果图：

因为我在sense中使用的是图片，图片上没有深度分歧，所以无法在图片上不雅察看到深度分歧的雾效区别，图片以外区域可以感到感染到稍微明显的深度雾效。


如有收获，请留下“存眷”和“附和”~

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