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【Unity Shaders】Vertex Magic —— 访问顶点颜色

本系列主要参考《Unity Shaders and Effects Cookbook》一书(感谢原书作者),同时会加上一点个人理解或拓展。

这里是本书所有的插图。这里是本书所需的代码和资源(当然你也可以从官网下载)。

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写在前面


啦啦啦~我又回来看书啦。文章开始说一些题外话。因为写博客和在群里比较活跃(为什么QQ给我的称谓是“吐槽”。。。我这么乖。。。),最近有一些朋友给我发邮件或者私信,很多人都给了我鼓励,我很开心,也有人给了我很好的学习建议,这些经历让我觉得坚持写博客是正确的一条路~也谢谢所有鼓励、支持和关注我的人!我会坚持下去的。


好啦,言归正传~这篇开始,我决定开始一个新的章节——Vertex Magic。顾名思义,就是学习顶点相关的内容。自从看了下面Unity Gems里面的一张图,我对整个Surface Shader的工作流程有了更好的理解,在此再重温一下。




可以看出来共有四个阶段我们可以参与。我们之前学习的大多是在上图的第二和第三个阶段,也就是编写surf和LightingXXX函数来影响表面着色和光照函数的。在卡通风格的Shader中,我们也对最后一个更改像素颜色的机会——finalcolor命令有了一个初步的尝试。而现在,我们将用一章的时间来学习如何利用第一个阶段——顶点函数来影响像素颜色。


顶点函数是在每个顶点被传送到GPU之前被调用一次。它的作用是从模型坐标系中得到三维坐标,然后再转换到其渲染到屏幕时在屏幕坐标系中的二维位置。因此,通过顶点函数,我们可以修改顶点的位置、颜色和UV坐标。一旦我们完成了对顶点的修改后,就会进入到surf函数的执行。与顶点函数是逐顶点执行的方式不同,surf函数则是逐像素执行的。


通过顶点函数,我们可以创造像海上的波浪、旗帜飘动的动态效果,或者使用Shader来给顶点着色。这一篇,我们来学习如何在一个Surface Shader中创建一个最简单的顶点函数!



准备工作


在深入学习顶点函数之前,我们得首先了解如何通过顶点函数得到和存储顶点相关信息。


  1. 首先,我们要准备一个已经给顶点着色过的模型,以便我们可以在顶点函数中查看顶点颜色。为了方便,我们使用本书自带资源(见文章开头)中第七章的模型资源——VertexColorObject.fbx。我们把VertexColorObject.fbx导入Unity,并拖入到一个新的场景中。最后添加一个平行光。
  2. 新建一个Shader和Material,可以分别命名为SimpleVertexColor,并将Shader赋给Material,再将Material赋给模型。

你的场景应该看起来是这样的:





实现


下面,我们开始编写Shader。


  1. Properties块中添加新的Properties:
    	Properties 
    	{
    		_MainTint("Global Color Tint", Color) = (1,1,1,1)
    	}

  2. 接下来,告诉Unity我们将使用自己的顶点函数:
    		CGPROGRAM
    		#pragma surface surf Lambert vertex:vert

  3. Properties中新添加的属性添加对应的引用:
    		float4 _MainTint;

  4. 下面是很重要的Input结构。我们添加了一个新的变量vertColor以便surf函数可以访问vert函数中传递的数据:
    		struct Input 
    		{
    			float2 uv_MainTex;
    			float4 vertColor;
    		};

  5. 下面是一个非常简单的vert函数。我们访问模型的顶点颜色,再存储到Input结构体中:
    		void vert(inout appdata_full v, out Input o)
    		{
    			o.vertColor = v.color;
    		}

  6. 最后,我们使用从Input中得到的数据填充SurfaceOutput结构体的Albedo参数:
    		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) 
    		{
    			o.Albedo = IN.vertColor.rgb * _MainTint.rgb;
    		}


完整代码如下:

Shader "Custom/SimpleVertexColor" {
	Properties 
	{
		_MainTint("Global Color Tint", Color) = (1,1,1,1)
	}
	
	SubShader 
	{
		Tags { "RenderType"="Opaque" }
		LOD 200
		
		CGPROGRAM
		#pragma surface surf Lambert vertex:vert

		float4 _MainTint;

		struct Input 
		{
			float2 uv_MainTex;
			float4 vertColor;
		};
		
		void vert(inout appdata_full v, out Input o)
		{
			o.vertColor = v.color;
		}

		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) 
		{
			o.Albedo = IN.vertColor.rgb * _MainTint.rgb;
		}
		ENDCG
	} 
	FallBack "Diffuse"
}

效果如下:





解释



通过顶点函数,我们可以修改顶点的位置、颜色、UV坐标等值。在本节中我们使用了一个从Maya导入的已给顶点着色的模型,但我们可以发现,在使用默认材质的情况下这些颜色在Unity中是不显示的。我们需要编写Shader,提取这些颜色再在模型上显示出来。

我们首先通过在#pragma声明中添加vertex:vert语句。这实际上告诉Unity,嘿,不要用你自己内置的顶点函数访问模型顶点信息啦,去我写的Shader里找一个名叫vert的家伙,用它去处理信息!如果Unity没有找到,它就会报一个编译错误。

vert函数里,除了我们熟悉的Input结构体,还有一个很特别的参数——appdata_full 。这个参数也是Unity内置的一个变量,它包含了模型顶点的所有信息,包括位置、切线、法线、两个纹理坐标和颜色信息。其他的还有appdata_baseappdata_tan,具体可以看见官网。

你还可以发现,vertColor是一个float4类型的变量,这意味着我们还可以访问它的透明通道。像下面这样:
		void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) 
		{
			o.Albedo = IN.vertColor.rgb * _MainTint.rgb;
			o.Alpha = IN.vertColor.a;
		}