如何计算后处理顶点和片段着色器
经过几个小时的谷歌，复制粘贴代码和游戏，我仍然无法找到解决问题的方法。
我尝试使用顶点和片段函数编写后处理着色器。我的问题是我不知道如何计算当前顶点到世界坐标中摄像机位置（或任何其他给定位置）的径向距离。
我的目标如下：
考虑一个非常大的3D平面，其中摄像头位于顶部，并且看起来完全俯视平面。我现在想要一个后处理着色器，它在平面上绘制一条白线，这样只有那些与相机有一定径向距离的像素才会被涂成白色。预期结果将是一个白色圆圈（在此特定设置中）。
我知道如何在原则上做到这一点，但问题是我无法找到如何计算到顶点的径向距离。
这里的问题可能是这是一个POSTPROCESSING着色器。因此，此着色器不适用于某个对象。如果我这样做，我可以使用mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex)获取顶点的世界坐标，但是对于后处理着色器，这会给出一个无意义的值。
这是我对此问题的调试代码：
Shader "NonHidden/TestShader"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent-1"}
LOD 100
ZWrite Off
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma target 3.0
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
sampler2D _CameraDepthTexture;
uniform float4 _MainTex_TexelSize;
// V2F
struct v2f {
float4 outpos : SV_POSITION;
float4 worldPos : TEXCOORD0;
float3 rayDir : TEXCOORD1;
float3 camNormal : TEXCOORD2;
};
// Sample Depth
float sampleDepth(float2 uv) {
return Linear01Depth(
UNITY_SAMPLE_DEPTH(
tex2D(_CameraDepthTexture, uv)));
}
// VERTEX
v2f vert (appdata_tan v)
{
TANGENT_SPACE_ROTATION;
v2f o;
o.outpos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
o.rayDir = mul(rotation, ObjSpaceViewDir(v.vertex));
o.camNormal = UNITY_MATRIX_IT_MV[2].xyz;
return o;
}
// FRAGMENT
fixed4 frag (v2f IN) : SV_Target
{
// Get uv coordinates
float2 uv = IN.outpos.xy * (_ScreenParams.zw - 1.0f);
// Flip y if necessary
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
{
uv.y = 1 - uv.y;
}
#endif
// Get depth
float depth = sampleDepth(uv);
// Set color
fixed4 color = 0;
if(depth.x < 1)
{
color.r = IN.worldPos.x;
color.g = IN.worldPos.y;
color.b = IN.worldPos.z;
}
return color;
}
ENDCG
}
}
}
CurrentState
此图显示相机在飞机上向下看时的结果： Image 1: Actual result 每个像素中的蓝色值（无论出于何种原因）为25。红色和绿色区域反映屏幕的x-y坐标。
即使我稍微旋转相机，我在相同的屏幕坐标处得到完全相同的阴影：
这告诉我计算出来的＆＃34; worldPos＆＃34;坐标是屏幕坐标，与飞机的世界坐标无关。
预期结果
我期望看到的结果如下：
此处，与相机具有相同（径向）距离的像素具有相同的颜色。
如何更改上述代码才能达到此效果？使用rayDir（在vert函数中计算），我试图至少获得从摄像机中心到当前像素的方向向量，这样我就可以使用深度信息计算径向距离。但是rayDir对所有像素都有一个常量值......
此时我还要说我不太了解vert函数内部计算的内容。这只是我在网上找到的东西，我试过了。
1 个答案:
答案 0 :(得分：1)
好吧，我找到了解决问题的方法，因为我在这里发现了这个视频：Shaders Case Study - No Man's Sky: Topographic Scanner
在视频描述中是指向相应GIT存储库的链接。我下载，分析并重写了代码，使其符合我的目的，更易于阅读和理解。
我学到的主要内容是，没有内置的方法来使用后处理着色器计算径向距离（如果我错了，请纠正我！）。因此，为了获得径向距离，实际上唯一的方法是使用从摄像机到顶点和深度缓冲区的方向矢量。由于方向向量也无法以内置方式提供，因此使用了一种技巧：
可以使用自定义Blit函数来设置一些其他着色器变量，而不是在后处理脚本中使用Graphics.Blit函数。在这种情况下，摄像机的平截头体存储在第二组纹理坐标中，然后在着色器代码中可用作TEXCOORD1。这里的技巧是相应的着色器变量自动包含一个插值的uv值，它与我正在寻找的方向向量（＆＃34;视锥光线＆＃34;）相同。
调用脚本的代码现在看起来如下：
using UnityEngine;
using System.Collections;
[ExecuteInEditMode]
public class TestShaderEffect : MonoBehaviour
{
private Material material;
private Camera cam;
void OnEnable()
{
// Create a material that uses the desired shader
material = new Material(Shader.Find("Test/RadialDistance"));
// Get the camera object (this script must be assigned to a camera)
cam = GetComponent<Camera>();
// Enable depth buffer generation#
// (writes to the '_CameraDepthTexture' variable in the shader)
cam.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth;
}
[ImageEffectOpaque] // Draw after opaque, but before transparent geometry
void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
{
// Call custom Blit function
// (usually Graphics.Blit is used)
RaycastCornerBlit(source, destination, material);
}
void RaycastCornerBlit(RenderTexture source, RenderTexture destination, Material mat)
{
// Compute (half) camera frustum size (at distance 1.0)
float angleFOVHalf = cam.fieldOfView / 2 * Mathf.Deg2Rad;
float heightHalf = Mathf.Tan(angleFOVHalf);
float widthHalf = heightHalf * cam.aspect; // aspect = width/height
// Compute helper vectors (camera orientation weighted with frustum size)
Vector3 vRight = cam.transform.right * widthHalf;
Vector3 vUp = cam.transform.up * heightHalf;
Vector3 vFwd = cam.transform.forward;
// Custom Blit
// ===========
// Set the given destination texture as the active render texture
RenderTexture.active = destination;
// Set the '_MainTex' variable to the texture given by 'source'
mat.SetTexture("_MainTex", source);
// Store current transformation matrix
GL.PushMatrix();
// Load orthographic transformation matrix
// (sets viewing frustum from [0,0,-1] to [1,1,100])
GL.LoadOrtho();
// Use the first pass of the shader for rendering
mat.SetPass(0);
// Activate quad draw mode and draw a quad
GL.Begin(GL.QUADS);
{
// Using MultiTexCoord2 (TEXCOORD0) and Vertex3 (POSITION) to draw on the whole screen
// Using MultiTexCoord to write the frustum information into TEXCOORD1
// -> When the shader is called, the TEXCOORD1 value is automatically an interpolated value
// Bottom Left
GL.MultiTexCoord2(0, 0, 0);
GL.MultiTexCoord(1, (vFwd - vRight - vUp) * cam.farClipPlane);
GL.Vertex3(0, 0, 0);
// Bottom Right
GL.MultiTexCoord2(0, 1, 0);
GL.MultiTexCoord(1, (vFwd + vRight - vUp) * cam.farClipPlane);
GL.Vertex3(1, 0, 0);
// Top Right
GL.MultiTexCoord2(0, 1, 1);
GL.MultiTexCoord(1, (vFwd + vRight + vUp) * cam.farClipPlane);
GL.Vertex3(1, 1, 0);
// Top Left
GL.MultiTexCoord2(0, 0, 1);
GL.MultiTexCoord(1, (vFwd - vRight + vUp) * cam.farClipPlane);
GL.Vertex3(0, 1, 0);
}
GL.End(); // Finish quad drawing
// Restore original transformation matrix
GL.PopMatrix();
}
}
着色器代码如下所示：
Shader "Test/RadialDistance"
{
Properties
{
_MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
// No culling or depth
Cull Off ZWrite Off ZTest Always
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct VertIn
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 ray : TEXCOORD1;
};
struct VertOut
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 interpolatedRay : TEXCOORD1;
};
// Parameter variables
sampler2D _MainTex;
// Auto filled variables
float4 _MainTex_TexelSize;
sampler2D _CameraDepthTexture;
// Generate jet-color-sheme color based on a value t in [0, 1]
half3 JetColor(half t)
{
half3 color = 0;
color.r = min(1, max(0, 4 * t - 2));
color.g = min(1, max(0, -abs( 4 * t - 2) + 2));
color.b = min(1, max(0, -4 * t + 2));
return color;
}
// VERT
VertOut vert(VertIn v)
{
VertOut o;
// Get vertex and uv coordinates
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv.xy;
// Flip uv's if necessary
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
if (_MainTex_TexelSize.y < 0)
o.uv.y = 1 - o.uv.y;
#endif
// Get the interpolated frustum ray
// (generated the calling script custom Blit function)
o.interpolatedRay = v.ray;
return o;
}
// FRAG
float4 frag (VertOut i) : SV_Target
{
// Get the color from the texture
half4 colTex = tex2D(_MainTex, i.uv);
// flat depth value with high precision nearby and bad precision far away???
float rawDepth = DecodeFloatRG(tex2D(_CameraDepthTexture, i.uv));
// flat depth but with higher precision far away and lower precision nearby???
float linearDepth = Linear01Depth(rawDepth);
// Vector from camera position to the vertex in world space
float4 wsDir = linearDepth * i.interpolatedRay;
// Position of the vertex in world space
float3 wsPos = _WorldSpaceCameraPos + wsDir;
// Distance to a given point in world space coordinates
// (in this case the camera position, so: dist = length(wsDir))
float dist = distance(wsPos, _WorldSpaceCameraPos);
// Get color by distance (same distance means same color)
half4 color = 1;
half t = saturate(dist/100.0);
color.rgb = JetColor(t);
// Set color to red at a hard-coded distance -> red circle
if (dist < 50 && dist > 50 - 1 && linearDepth < 1)
{
color.rgb = half3(1, 0, 0);
}
return color * colTex;
}
ENDCG
}
}
}
我现在能够达到预期的效果：
但是我仍然有一些问题，如果有人能为我解答，我会感激不尽：
- 是否真的没有办法获得径向距离？使用direciton向量和深度缓冲区是低效且不准确的
- 我不太了解rawDepth变量的内容。我的意思是，它是一些深度信息，但如果你使用深度信息作为纹理颜色，如果你没有可笑地靠近一个物体，你基本上会得到一个黑色图像。这导致对于更远的物体的分辨率非常差。任何人都可以使用它？
- 我不明白Linear01Depth函数究竟是做什么的。由于Unity文档总体上很糟糕，因此它也没有提供有关此文档的任何信息
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