【转载】Unity&Shader基础篇-常用函数的使用与案例
一、前言
继前面的系列文章之后,本篇继续讲解Cg的常用函数的使用案例,帮助巩固Cg语言的基础知识。这些函数都可以在Cg的教程里The Cg Tutorial找到示例代码和函数意义。本文讲解几个常用的函数,分别有
1、Step(a,x):如果x<a返回0;如果x>或=a返回1
2、Clamp(x,a,a):如果x<a返回a;如果x>b返回b;如果在a和b之间就返回x
3、smoothstep(min,max,x):返回的值为–2*((x –min )/(max –min ))3 +3*((x –min )/(max –min ))2
4、lerp(a,b,f):线性插值函数,返回值为(1-f)*a+b*f
5、三角函数sin、cos
二、常用函数的使用实例1、Step函数,在中的Shader实例代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
得到的效果图如图所示:
2、Clamp函数,在Unity中的Shader实例代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
效果图如图所示:
说明:对比1和2的图会明显发现,在使用Clamp处理的时候,边缘的颜色会有渐变的效果。
3、smoothstep,这个脚本只给出片段着色器部分,其他部分同2,代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
得到的效果图如上图所示,这个效果要对比之前的两个,可以发现有明显的过渡效果。当然不是说这个函数就比之前的函数好用,各有千秋,只是在本篇文章中特有的安排而已。
4、lerp函数,Unity中的Shader代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
效果图如图所示:
这个Shader中对lerp函数和smoothstep函数做了对比,其中第三个区域是使用lerp函数的效果,第四个区域是先进行了smoothstep处理在进行lerp处理的效果。
5、lerp函数与直接的颜色加减进行对比:完整的Shader代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
得到的效果图如图所示:第一部分通过lerp函数来处理颜色重叠的部分,第二、三部分之间通过颜色的加减来处理颜色重叠的部分。
6、三角函数,sin、cos函数:利用正弦余弦函数来做图形的旋转,效果图如图所示:
蓝色的网格和蓝色的矩形、圆盘都是固定的,旋转的是红色的网格以及网格上的矩阵和圆盘,它的shader代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
7、使用lerp函数来进行缩放,效果图所示:同样,蓝色部分是固定的,红色部分是缩放的的对象。
缩放的Shader的代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
8、平移以及旋转和平移的组合,效果如图所示,这个Shader部分分了两个部分对旋转和平移进行组合使用,分别是
先旋转在平移和先平移再旋转,Shader的代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
三、放两个大招—各种动画效果1、效果如图所示:从左到右分别是五个不同的动画效果,使用到的函数都是前面讲解的函数加上之后补充的旋转、缩放和平移效果。
Shader代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
代码中使用到了“_Time”变量,这个是Unity内置的四维向量,(t/20,t,t*2,t*3)因此“_Time.y=t”即获得系统的渲染的单位时间。
2、等离子流动效果,效果图如图所示:
2、等离子流动效果,效果图如图所示:
Shader代码如下:
Shader "Unlit/Chapter5-Step" { Properties { _background("背景色",Color)=(0,0,0,0) } SubShader { // No culling or depth Cull Off ZWrite Off ZTest Always CGINCLUDE ENDCG Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" float4 _background; struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; float4 vertex : SV_POSITION; }; v2f vert(appdata v) { v2f o; o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); o.uv = v.uv; o.uv.y = 1 - o.uv.y; return o; } // Functions fixed4 frag(v2f i) : SV_Target { float2 r = 2.0*(i.uv - 0.5); //_ScreenParams是Unity内置的变量 float aspectRatio = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; r.x *= aspectRatio; fixed3 pixel = _background.xyz; float edge, variable, ret; //将屏幕划分成五个部分 //第一部分 if (r.x < -0.6*aspectRatio) { variable = r.y; edge = 0.2; if (variable > edge) { ret = 1.0; } else { ret = 0; } } else if (r.x < -0.2*aspectRatio) { variable = r.y; edge = -0.2; //step(a,x):如果x<a结果返回0,反之返回1 ret = step(edge, variable); } else if (r.x < 0.2*aspectRatio) { ret = 1.0 - step(0.5, r.y); } else if (r.x < 0.6*aspectRatio) { ret = 0.3 + 0.5*step(-0.4, r.y); } else { ret = step(-0.3, r.y) * (1.0 - step(0.2, r.y)); } pixel = fixed3(ret, ret, ret); return fixed4(pixel, 1.0); } ENDCG } } }
四、总结
1、Cg函数虽简单,使用得当也是逼格暴涨,对于想学好Shader童鞋来讲,还是要多从Cg语言基础着手,通过实例练习,不仅可以巩固基础知识,而且也可以在做的过程中添加学习的信心和兴趣。
2、正弦、余弦函数配合时间变量的使用能做到非常不错的动画效果,最好的效果还是要从根本上来讲还是数学,当今世界是学好数学和英语走遍天下都不怕了。
1、Cg函数虽简单,使用得当也是逼格暴涨,对于想学好Shader童鞋来讲,还是要多从Cg语言基础着手,通过实例练习,不仅可以巩固基础知识,而且也可以在做的过程中添加学习的信心和兴趣。
2、正弦、余弦函数配合时间变量的使用能做到非常不错的动画效果,最好的效果还是要从根本上来讲还是数学,当今世界是学好数学和英语走遍天下都不怕了。
(原文地址游戏蛮牛凯尔八阿哥专栏,转载请注明出处)

浙公网安备 33010602011771号