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[简易教程] Unity后处理效果学习资源汇总

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发表于 2020-12-30 10:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
分享一下近期学习的Unity后处理资源和一些待研究的文章。
大部分都是笔记，要学习的话建议看原文~
后处理（Post-Processing），在图形学和游戏开发等领域是提升最终画面呈现品质的重要渲染技术。后处理渲染技术的好坏，往往决定了游戏画面是否能够达到令人惊艳的级别。
《Unity Shader入门精要》中的后处理示例

相关源码都在Github项目里，详细原理和说明建议看书~
https://github.com/candycat1992/Unity_Shaders_Book
    调整屏幕亮度、饱和度、对比度 BrightnessSaturationAndContrast边缘检测 EdgeDetection高斯模糊 GaussianBlur全屏泛光 Bloom运动模糊（使用帧缓存） MotionBlur再谈运动模糊（深度图） MotionBlurWithDepthTexture全局雾效（深度图） FogWithDepthTexturee再谈边缘检测（深度法线图） EdgeDetectNormalAndDepth再谈全局雾效（使用噪声，动态） FogWithNoise
高品质后处理：十种图像模糊算法的总结与实现

源码见原文
高斯模糊（Gaussian Blur）

      也叫高斯平滑（Gaussian smoothing），最经典的模糊算法图像模糊的本质一个过滤高频信号，保留低频信号的过程。过滤高频的信号的一个常见可选方法是卷积滤波图像的高斯模糊过程即图像与正态分布做卷积高斯核（Gaussian Kernel）是一个正方形的像素阵列，例：5x5，1/256 1 4 6 4 1

方框模糊（Box Blur）

      常被称为盒式模糊，平均值模糊box blur也有不少扩展与变体，比如Tent Blur（两次Box Blur）、Quadratic Blur（三次Box Blur）等

Kawase模糊（Kawase Blur）

      Kawase Blur的思路是对距离当前像素越来越远的地方对四个角进行采样，且在两个大小相等的纹理之间进行乒乓式的blit。创新点在于，采用了随迭代次数移动的blur kernel，而不是类似高斯模糊，或box blur一样从头到尾固定的blur kernel。实践数据表明，在相似的模糊表现下，Kawase Blur比经过优化的高斯模糊的性能约快1.5倍到3倍。

双重模糊（Dual Blur）

      Dual Kawase Blur，简称Dual Blur，是SIGGRAPH 2015上ARM团队提出的一种衍生自Kawase Blur的模糊算法。Dual Kawase Blur的核心思路在于blit过程中进行降采样和升采样Dual Kawase Blur具有最佳的性能表现。

散景模糊（Bokeh Blur）

      散景（Bokeh）亦称焦外成像，是一个摄影名词，一般表示在景深较浅的摄影成像中，落在景深以外的画面，会有逐渐产生松散模糊的效果在图形学领域模拟散景（Bokeh）的方法有很多，本文将以最标准的圆形散景为例，采用Golden angle(https://en.wikipedia.org/wiki/Golden_angle)的思路进行散景模糊（Bokeh Blur）算法的实现。算法思路是基于对大量离散螺旋型（spiral）分布的点的渲染，来模拟出圆形Bokeh的形状。

移轴模糊（Tilt Shift Blur）

      移轴模糊（Tilt Shift Blur），又称镜头模糊（Lens Blur） ，是源自摄影领域的一种模糊算法。在后处理渲染中进行移轴摄影的模拟，可以采用Grident uv算法控制画面区域模糊强度，配合全屏模糊算法的方式来实现。

光圈模糊（Iris Blur）

      光圈模糊（Iris Blur）是Photoshop CS6中新增的功能，用于模拟浅景深的效果。可以根据用户不同的输入参数，将普通照片模拟出景深以及散景的效果。（PS: Photoshop中也同样有Tilf-Shift Blur功能）

粒状模糊（Grainy Blur）

      粒状模糊（Grainy Blur）是一种低成本的模糊方法，在单pass下即可有合适的模糊表现，性能出色，且其模糊质感有点类似在画面上蒙了一层细碎的冰霜。

径向模糊（Radial Blur）

      径向模糊（Radial Blur）可以给画面带来很好的速度感，是各类游戏中后处理的常客，也常用于Sun Shaft等后处理特效中作为光线投射的模拟。径向模糊的原理比较直接，首先选取一个径向轴心（Radial Center），然后将每一个采样点的uv基于此径向轴心进行偏移（offset），并进行一定次数的迭代采样，最终将采样得到的RGB值累加，并除以迭代次数。

方向模糊（Directional Blur）

      方向模糊（Directional Blur）可以看做是径向模糊（Radial Blur）的一个变体。其主要思路是传入一个角度，然后在runtime层计算出对应的矢量方向在Shader层，将每一个采样点的uv基于此方向进行正负两次偏移（offset），接着进行一定次数的迭代采样，最终将采样得到的RGB值累加，并除以迭代次数



高品质后处理：十种故障艺术(Glitch Art)算法的总结与实现

源码见原文
RGB颜色分离故障（RGB Split Glitch）

      RGB颜色分离故障（RGB Split Glitch），也称颜色偏移故障（Color Shift Glitch），是故障艺术中比较常见的表达形式之一。实现算法的主要要点在于红绿蓝三个通道采用不同的uv偏移值进行分别采样

错位图块故障（Image Block Glitch）

      错位图块故障（Image Block Glitch）的核心要点在于生成随机强度且横纵交错的图块，随后基于图块的强度，进行uv的抖动采样，并可以加上RGB Split等元素提升渲染表现。

错位线条故障（Line Block Glitch）

      错位线条故障（Line Block Glitch）具有较强的表现力，在Glitch系列特效中的出镜率也较高。实现思路在于随机宽度线条的生成接着，通过随机梯度的非等宽线条，去抖动uv采样生成源色调的blockLine Glitch

图块抖动故障（Tile Jitter Glitch）

      图块抖动故障 (Tile Jitter Glitch)模拟了屏幕信号的块状抖动故障。其核心算法思路在于基于uv的分层抖动。可以采用取余数的形式（fmod(x,y)方法可返回x/y的余数）来对uv进行分层，且对于层内的uv数值，进行三角函数形式的抖动。

扫描线抖动故障（Scan Line Jitter Glitch）

      扫描线抖动故障（Scan Line Jitter Glitch）算法较简单，但是得到的渲染表现却非常具有冲击力：一个比较直接的实现是直接对横向或者纵向UV进行基于noise的抖动

数字条纹故障（Digital Stripe Glitch）

      数字条纹故障（Digital Stripe Glitch）同样是出镜率较高的Glitch系后处理特效之一数字条纹故障（Digital Stripe Glitch）需在Runtime层完成noise Texture的生成，然后传入GPU中进行最终的运算和渲染呈现。Runtime的核心思路为基于随机数进行随机颜色条纹贴图的生成Shader层面的实现则分为两个主要部分，分别是uv偏移，以及可选的基于废弃帧的插值

模拟噪点故障（Analog Noise Glitch）

      模拟噪点故障（Analog Noise Glitch）的主要思路，在于用noise去扰动原先场景图的颜色值。另外，还可以加入greyScale灰度抖动，当某一刻的随机强度值大于亮度抖动阈值时，将原先的RGB颜色对应的luminance强度，呈现出黑白灰度的表现。最终，将noise扰动和随机灰度抖动两个特性相结合，得到Glitch Analog Noise最终的渲染表现

屏幕跳跃故障（Screen Jump Glitch）

      屏幕跳跃故障（Screen Jump Glitch）的算法原理在于取经过时间校正后的uv数值的小数部分，并于原始uv插值，得到均匀梯度式扰动屏幕空间uv，再用此uv进行采样即可得到跳动画面的表现

屏幕抖动故障（Screen Shake Glitch）

      类似上文的Screen Jump，Screen Shake屏幕抖动的算法原理也在于对屏幕空间uv的抖动，但不同的是，Screen Shake屏幕抖动需采用noise噪声函数来随机扰动uv，而不是均匀梯度式的形式。

波动抖动故障（Wave Jitter Glitch）

      波动抖动故障（Wave Jitter Glitch）相较于上述的9种Glitch算法而言，用到了更为复杂的噪声生成函数。噪声生成函数库 XNoiseLibrary波动抖动故障（Wave Jitter Glitch）后处理的核心思路是用双层的noise实现波浪形扭动uv而双层的noise波浪，表现力更强有了基于双层noise的Wave Jitter Glitch表现，还可以加上RGB Split算法，进一步提升表现力

总结：若要在屏幕空间实现故障艺术风格的渲染表现，关键在于以下几点：

      噪声函数的选择：噪声函数是生成各式的干扰信号的源头。uv抖动方式的选择：将噪声函数作用于屏幕空间uv后，基于新的uv进行采样，以产生故障的抖动表现。采样通道的选择：对RGB分别采样，或者选取特定通道进行采样，以实现多种风格的故障表现。颜色空间的转换：善用YUV、CMY、HSV、YIQ、YCbCr 、YC1C2等空间与RGB空间之间的转换，以实现多种风格的故障表现。以及最最重要的——创意，算法只是基础，技术只是工具，最后能做出多惊艳有趣的效果就要看想象力和创造力了

浅墨的后处理库Github开源项目
https://github.com/QianMo/X-PostProcessing-Library


Catlike 系列教程

全屏泛光Bloom效果原理及实现
https://catlikecoding.com/unity/tutorials/advanced-rendering/bloom/


景深Depth of Field效果原理及实现
https://catlikecoding.com/unity/tutorials/advanced-rendering/bloom/


FXAA 抗锯齿原理及实现
https://catlikecoding.com/unity/tutorials/advanced-rendering/fxaa/


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将来发现了其他优秀的后处理相关文章会不断更新~


也欢迎在评论区推荐优秀或者有趣的后处理文章~


以上。
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